FPGA Cyclone® IV

Optimización de costos de sistema

Todas las FPGAs Cyclone® IV requieren solo dos fuentes de alimentación para su funcionamiento, lo que simplifica su red de distribución de energía y le ahorra costos de placa, espacio de placa y tiempo de diseño. Con los transceptores integrados en la arquitectura FPGA Cyclone® IV, obtendrá un diseño e integración de placa simplificados. Además, la flexibilidad de la arquitectura de sincronización del transceptor le permite implementar múltiples protocolos mientras utiliza completamente todos los recursos disponibles del transceptor. La integración y la flexibilidad de la FPGA Cyclone® IV GX le permite diseñar en un dispositivo más pequeño y rentable, lo que reduce los costos totales del sistema.

Reduce el consumo eléctrico

La FPGA Cyclone® IV E, basada en un proceso optimizado de bajo consumo de 60 nm, amplía el liderazgo de bajo consumo de la FPGA Cyclone® III de la generación anterior. La FPGA Cyclone® IV E reduce el voltaje del núcleo, lo que reduce la energía total en un 25 por ciento en comparación con el predecesor. Con los transceptores FPGA Cyclone® IV GX, puede construir un puente PCI Express* a Gigabit Ethernet por menos de 1,5 vatios.

Las FPGAs Cyclone® IV están optimizadas para consumir la menor energía posible, con lo que usted puede administrar mejor los requisitos térmicos. Como resultado, puede reducir o eliminar los costos de enfriamiento del sistema y también extender la vida útil de la batería para aplicaciones portátiles.

Consumo de energía de la FPGA Cyclone®

La familia de FPGAs Cyclone® IV demuestra el liderazgo de Intel en la oferta de FPGAs de bajo consumo. La FPGA Cyclone® IV, con arquitectura y chips de silicio mejorados, tecnología avanzada de procesamiento de semiconductores y herramientas de administración de energía, redujo su consumo de energía hasta en un 25 por ciento en comparación con la FPGA Cyclone® III.

La siguiente figura muestra el consumo de energía estática de los dispositivos Cyclone® IV E a una temperatura de unión de 85 °C. El dispositivo Cyclone® IV EP4CE6 más pequeño consume tan solo 38 mW a 85 °C y el dispositivo Cyclone® IV EP4CE115 más grande consume tan solo 163 mW de energía estática a 85 °C.

Beneficios del bajo consumo de energía

Reducir el consumo de energía de los dispositivos lógicos programables conlleva beneficios de gran alcance para muchas aplicaciones. Sin embargo, el menor consumo de energía es solo un aspecto de la energía del sistema. La siguiente figura muestra que la FPGA Cyclone® IV GX reduce el consumo de energía de FPGA en un promedio de 30 %.

Optimizaciones arquitectónicas y de silicio

La energía estática puede aumentar drásticamente con el proceso de semiconductores submicrónicos si no se emplean estrategias de reducción de energía. El consumo de energía estática aumenta en las tecnologías de proceso submicrónicas en gran parte debido a los aumentos en la fuga por debajo del umbral de la corriente de fuga.

Al emplear una tecnología de proceso de bajo consumo (LP) tradicionalmente utilizada por los principales fabricantes de semiconductores para los componentes de los teléfonos, Intel ha minimizado la corriente de fuga para una baja energía estática. Las geometrías más pequeñas posibles gracias a este proceso avanzado, combinadas con optimizaciones arquitectónicas, permiten que la FPGA Cyclone® IV mantenga el consumo de energía dinámico y estático al mínimo. Las mejoras de proceso y arquitectónicas que emplea Intel con Cyclone® IV FPGA incluyen el uso de dieléctricos de baja k, longitudes de canal y espesores de óxido variables, y múltiples voltajes umbral de transistor.

Estimación y análisis precisos de energía

Intel admite la estimación y el análisis de energía, desde el concepto de diseño hasta la implementación, con las herramientas de diseño de administración de energía más precisas y completas. Intel ofrece estimaciones de energía de silicio de hasta 125 °C y en el peor de los casos para las familias de FPGA de bajo costo en todo su conjunto de herramientas. Intel ofrece los siguientes recursos de estimación y análisis de energía:

• Estimador temprana de consumo de energía Cyclone® IV.
• Tecnología de optimización y análisis de energía Quartus® Prime.
• Centro de recursos de administración de energía.

Utilice el estimador de energía inicial (EPE) durante la fase de concepto de diseño y el Analizador de energía durante la implementación del diseño. El EPE es una herramienta de análisis que emplea hojas de cálculo y permite una estimación temprana del consumo de energía en función de la selección del dispositivo y del paquete, las condiciones de funcionamiento y el uso del dispositivo.

Power Analyzer es una herramienta de análisis de energía mucho más detallada que utiliza la ubicación del diseño real y la configuración lógica y de enrutamiento. La herramienta puede utilizar formas de onda simuladas para estimar con mucha precisión la energía dinámica. El analizador de energía, en conjunto, generalmente proporciona una precisión de ± 10 por ciento cuando se usa con información de diseño precisa. Los modelos de energía de Quartus® Prime se correlacionan estrechamente con las medidas reales de los chips de silicio.

Intel usa más de 5000 configuraciones de prueba diferentes para medir el consumo de energía de los componentes individuales dentro de una FPGA de la serie Intel® Cyclone®. Cada configuración se enfoca en medir un solo componente de circuito de la FPGA en una configuración específica.

Optimización de energía con Quartus® Prime

Los detalles de implementación del diseño pueden mejorar el desempeño, minimizar el área y reducir el consumo de energía. Históricamente, las compensaciones de desempeño y área se han automatizado dentro del nivel de transferencia de registro (RTL) a través del flujo de diseño de lugar y ruta.

Las herramientas de optimización de energía del software Quartus® Prime usan las capacidades de la arquitectura FPGA Cyclone® IV de forma automática para reducir el consumo de energía dinámico hasta en un 25 % en comparación con la FPGA Cyclone® III.

El software de desarrollo Quartus® Prime tiene muchas optimizaciones automáticas de energía que son transparentes para el diseñador, pero que proporcionan un uso óptimo de la arquitectura FPGA para minimizar el consumo. Por ejemplo, con el software Quartus® Prime usted puede hacer lo siguiente:

• Transformar los principales bloques funcionales.
  
• Asignar memorias RAM de los usuarios para que usen menos energía.
• Reestructurar la lógica para reducir la energía dinámica.
• Seleccionar correctamente las entradas lógicas para minimizar la capacitancia en redes de alta alternancia.
• Reducir la demanda de área y cableado para la lógica central para minimizar la energía dinámica en el enrutamiento.
• Modificar la ubicación para reducir la energía de reloj.