在無線通信、視頻以及顯示等對成本敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)字信號處理器(DSP)和一些專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)器件可能要面臨被現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)取代的命運(yùn)。Altera公司在不久前表示，其的Cyclone III可編程邏輯器件不僅能夠滿足上述應(yīng)用對功耗的嚴(yán)格要求，同時相對于以成本見長的ASIC來說，也具有一定的價格優(yōu)勢。
Altera公司在2002年推出款低成本FPGA Cyclone，嘗試性地進(jìn)入顯示領(lǐng)域，當(dāng)時該產(chǎn)品支持480i的顯示模式。很快，兩年后面世的Cyclone II就已經(jīng)能夠支持720i、1080i、1080p三種顯示模式。不過，業(yè)界對上市時間要求的不斷加快使得FPGA供應(yīng)商看到了該類產(chǎn)品后市的更多潛力。“我們希望開拓FPGA的更多應(yīng)用。可以發(fā)現(xiàn)，市場對信息處理和產(chǎn)品功耗的要求，這是Altera推出Cyclone III的主要原因。” Altera低成本產(chǎn)品總監(jiān)Luanne M. Schirrmeister在上海表示。據(jù)稱，相較Cyclone II，新器件做了更多的性能優(yōu)化，使得它能夠在視頻監(jiān)控、便攜式醫(yī)療設(shè)備、軟件無線電、微基站(Pico-BTS)中一展身手。
除了延長便攜式應(yīng)用中電池的使用壽命，低功耗還能夠?yàn)橄到y(tǒng)散熱管理帶來便利，并盡可能的降低甚至消除制冷系統(tǒng)的成本。據(jù)悉，為了降低器件功耗，Cyclone III的研發(fā)工程師們采用了軟硬件結(jié)合的方式。首先，它使用臺積電(TSMC)此前為手機(jī)芯片所開發(fā)的65nm的低功耗(LP)工藝技術(shù)。其次，通過Quartus II PowerPlay分析和優(yōu)化技術(shù)，使用者將能夠通過軟件設(shè)計來進(jìn)一步降低功耗。Quartus II具有強(qiáng)大的時序分析/收斂和功耗優(yōu)化/收斂能力，而設(shè)計復(fù)用功能還能幫助使用者節(jié)省編譯設(shè)計的時間。據(jù)稱，Cyclone可包含120k邏輯單元，此時的靜態(tài)工藝低于0.5W，這個水平是Stratix III器件的1/3。在25℃結(jié)溫時，內(nèi)核靜態(tài)功耗更低至35mW。此外，它還支持熱插拔工作，未使用的I/O塊在沒有電流時將被切斷。
圖：Cyclone III的平面設(shè)計圖。
僅僅提供低功耗當(dāng)然不夠。在Cyclone III瞄準(zhǔn)的目標(biāo)應(yīng)用中，對于性能的要求也同等重要。Cyclone III擁有豐富的存儲器和DSP資源，并提供了較寬的密度范圍：同Cyclone II相比，新產(chǎn)品在密度上提高了1.7倍(12萬個邏輯單元)，片內(nèi)存儲器容量也提高了3.5倍，達(dá)到4Mb。“我們的對手目前僅能實(shí)現(xiàn)25,000個邏輯單元。”Schirrmeister表示。而為了實(shí)現(xiàn)高效的DSP功能，該器件還在單片Cyclone中集成了多288個260MHz的乘法器，賦予Cyclone III業(yè)界的乘法器至邏輯比。
對存儲器的優(yōu)化能夠帶來三個方面的好處。首先，更大的片內(nèi)存儲器能夠支持對存儲器容量更大需求的應(yīng)用。其次，高存儲器容量還使得該器件擁有更高的存儲器至邏輯比，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)包緩沖，同時意味著片內(nèi)嵌入式處理器可使用更大的數(shù)據(jù)和指令緩存以及更大的FIFO緩存。，優(yōu)化的存儲器方案還能在密集處理應(yīng)用中提供的存儲器至乘法器比，特別是視頻和圖像處理領(lǐng)域。
Cyclone III還擁有強(qiáng)大的時鐘管理和綜合技術(shù)，具有靈活的動態(tài)可配置鎖相環(huán)電路。可調(diào)整的I/O擺率能夠提高信號完整性。存儲器接口方面，能夠支持包括DDR、DDR2、SDR、SDRAM以及QDRII SRAM在內(nèi)的高速外部存儲器接口，其自校準(zhǔn)PHY可快速實(shí)現(xiàn)時序逼近。此外，它還支持LVTTL、LVCMOS、SSTL、高速收發(fā)器邏輯(HSTL)、PCI Express、LVPECL、mini-LVDS、低擺幅差分信號(RSDS)、點(diǎn)對點(diǎn)差分信號(PPDS)等I/O標(biāo)準(zhǔn)。Cyclone III系列中擁有多I/O引腳的型號為EP3C120，I/O總數(shù)為531個。
低成本是Cyclone III能夠替代DSP或ASSP的第三大優(yōu)勢。據(jù)稱，為了優(yōu)化成本，實(shí)現(xiàn)單位邏輯單元價值的化，除了采用65nm工藝來減小芯片尺寸外，交錯I/O環(huán)也減小了管芯尺寸和電路面積。Altera還同時提供低成本的封裝選擇。此外，該器件還支持低成本的串行閃存和并行閃存來配置器件。，當(dāng)然別忘了，Schirrmeister強(qiáng)調(diào)：“Cyclone系列本身就是以降低成本為目的而開發(fā)的FPGA產(chǎn)品。”