关于FPGA产品的调研报告(四大厂商)

1、精品文档关于 FPGA 产品的调研报告1Altera（Intel ）Altera（现已被 Intel 收购）作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家，是90 年代以后发展最快的可编程逻辑器件的供应商，在日本和亚太地区用的人多。Altera FPGA 可提供多种可配置嵌入式 SRAM 、高速收发器、高速 I/O、逻辑模块以及布线；其结合带有软件工具的可编程逻辑技术，缩短了 FPGA 开发时间，降低了功耗和成本。1.1开发软件a) MAX+PLUSII ：普遍认为 MAX+PLUSII 曾是最优秀的 PLD 开发平台之一，适合开发早期的中小规模 PLD/FPGA ，现由 Quartus II 替代，不再推

2、荐使用；b) Quartus II: Altera 新一代 FPGA/PLD 开发软件，适合新器件和大规模 FPGA 的开发，已经取代 MAX+PLUSII 。1.2产品系列Altera 的主流 FPGA 分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求， 如 Cyclone，CycloneII 等；还有一种侧重于高性能应用， 容量大，性能可满足各类高端应用，如Startix， StratixII 等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 Altera FPGA 主要分为 Stratix 系列、 Arria 系列、 Cyclone 系列、 MAX 系列。在性能可以满足

3、的情况下，优先选择低成本器件。1.2.1 Stratix 系列Stratix FPGA 系列是 Altera 的第一代高端 FPGA 系列，在 FPGA 上同时实现了高性能体系结构和高度集成特性。Stratix 系列产品具有的特性是革命性的，而且还在不断发展。表 1 列出了Stratix 系列的各个器件。表1.Stratix 器件系列Stratix 系StratixStratixStratixStratix IIStratixStratixStratixStratix列GXIIGXIIIIVV10推出年份20022003200420052006200820102013工艺技术130nm130n

4、m90nm90nm65nm40nm28nm14nm.精品文档Stratix 系StratixStratixStratix IIStratixStratixStratixStratixStratix列GXIIGXIIIIVV10三栅极1.2.1.1Stratix FPGA（1） Stratix FPGAStratix FPGA 能够提供 80K 逻辑单元 (LE) 以及 7.3Mbits 片内 RAM ，这些资源排列在 TriMatrix 存储器模块中，工作速度高达 350 MHz。Stratix FPGA 支持外部存储器接口，例如： 400Mbps 的 DDR SDRAM 、800Mbps 的

5、 QDRII SRAM 。Stratix FPGA 还引入了世界上第一款数字信号处理 (DSP) 模块，含有 4 个 18 x 18 乘法器、累加器和求和单元。（2） Stratix GX FPGA在 Stratix FPGA 高性能体系结构特性基础上， Stratix GX FPGA 是第一款具有多千兆速率高速串行收发器的可编程逻辑器件。 使用收发器模块支持 4 路全双工通道和时钟数据恢复 (CDR) 技术，每通道数据传输超过了 3.1875Gbps 。这一数据速率支持很多常见的高速通信协议， 包括： Serial Lite、千兆以太网、 万兆以太网 /XAUI 、SONET/SDH、光纤通

6、道、 Serial Rapid IO 标准、 PCI Express、SFI-5，以及 SPI-5 等。1.2.1.2Stratix II FPGA（1） Stratix II FPGAStratix II FPGA 作为大容量高性能 FPGA，可在最高效的器件中实现高密度逻辑设，从而获得高性能和很好的信号完整性。 该器件基于 1.2V、90nm、SRAM 工艺，具有 15,600至 179,400 个等价逻辑单元 (LE)，9Mbits 片内 RAM ，1,170 个用户 I/O 引脚，高度优化的数字信号处理 (DSP)模块中具有 384 个(18x18)嵌入式乘法器。在 Stratix 系

7、列的基础上， Stratix II 具有创新的逻辑结构，高性能的 DSP 模块和片内存储器，高速 I/O 引脚和外部存储器接口。 Stratix II 采用 TSMC 低 k 绝缘工艺技术，具有 180K 等价逻辑单元 (LE) 和 9 Mbits 嵌入式存储器， Stratix II FPGA 是性能最好、密度最高的 90nm FPGA，具有 Altera 的冗余技术， 极大的提高了产量， 降低了器件成本，同时优化了器件总功耗。（2） Stratix II GX FPGA.精品文档Stratix II GX 器件融合了 Stratix II 体系结构，具有 20 个全双工、高性能、多千兆位收

8、发器。收发器在整个600-Mbps 至 6.375-Gbps工作范围内具有优异的抖动性能，同时保持了最低功耗。Stratix IIGX FPGA 一个器件中集成了20 个基于串化器 / 解串器(SERDES)的收发器，可为多千兆位串行I/O 的应用和协议提供强大的解决方案。Stratix II GX FPGA 具有同类最佳的信号完整性。其收发器的体系结构可成功的工作在数据速率高达6.375Gbps的 50 (1.25 m)传输线上，采用标准FR-4 材料制作的电路板和背板上，以及2.5Gbps 的 30m PCIe 电缆上。对此，收发器包括了一些特性以确保如此高的速率下的信号完整性，同时保持了

9、低功耗。这包括：即插即用信号完整性和业界第一款自适应均衡器 Altera 的自适应散射补偿引擎 (ADCE) ；具有动态选择信号完整性的物理介质附加 (PMA) 层(包括锁相环 (PLL) 体系结构 )；收发器动态重新配置支持多种协议、数据速率和物理介质附加子层(PMA) 设置；与最相近的竞争方案相比，电路经过优化，功耗降低了一半。Stratix II GX FPGA 可提供全面的协议解决方案。 Stratix II GX FPGA 是目前很多高速串行应用中关键协议全面解决方案的组成。为 PCI Express、CEI-6G 、串行数字接口 (SDI) 、千兆以太网、 Serial Rapid

10、 IO (SRIO)、XAUI 、SerialLite II 、光纤通道以及 SONET标准提供支持。这一全面的解决方案包括：专用物理编码子层 (PCS)协议电路、 Altera 及其 AMPPSM 合作伙伴提供的优化协议知识产权 (IP)、与协议相关的特征报告、 资料和参考设计、专用协议开发套件、 Stratix II GX 版 PCI Express 开发套件、 Stratix II GX 版音频视频开发套件。Stratix II GX FPGA 具有创新的逻辑结构。 Stratix II GX FPGA 采用了 Stratix II FPGA 中创新的自适应逻辑模块 (ALM) 逻辑结构

11、，使用 TSMC 的 90-nm 低 k 绝缘工艺技术，经过优化提高了性能， 控制了电流泄漏。 一片 Stratix II GX FPGA 能够提供 20 个高速串行收发器，以及 130K 等价逻辑单元 (LE) 、6.7Mbits 的嵌入式存储器， 252 个(18 位 x18 位)乘法器能够高效实现高性能滤波器和其他数字信号处理 (DSP)功能。1.2.1.3Stratix III FPGAStratix III 器件系列是结合高性能、高密度和低功耗的高端FPGA，其性能随着设计容量的提高更加明显。 Stratix III 器件经过设计，最低的功耗需求比Stratix II 低 50，没有

12、热沉或者强制空气散热带来的可靠性风险，性能比Stratix II 提高了 25，容量是.精品文档Stratix II FPGA 的两倍，具有高达533-MHz DDR3 的高性能存储器接口，性能达到1.6Gbps 的 LVDS，在 LVDS I/O 上支持串行千兆位介质无关接口 (SGMII) 。Stratix III GX 器件含有工作速率高达 6.5GHz 的同类最佳嵌入式收发器， 以极低的功耗实现了高性能逻辑和片内串化器 /解串器 (SERDES) 的完美组合。Altera Stratix III FPGA 提供三种型号，分别针对逻辑、DSP 和存储器以及收发器进行了优化： Strati

13、x IIIL 器件主要针对逻辑较多的应用，Stratix IIIE 器件主要针对DSP和存储器较多的应用， Stratix III GX 器件含有多吉比特收发器。可编程功耗技术使Stratix III 逻辑架构能够在逻辑阵列模块(LAB)级进行编程，根据设计需求提供高速或者低功耗逻辑。在这种方式中，只有很少比例的电路是关键时序电路，需要采用高速设置 ,而其他电路则采用低功耗设置，使低功耗逻辑的功率泄漏降低了 70。此外，没有使用的逻辑以及 DSP 模块和 TriMatrix 存储器进入低功耗模式 ,进一步降低了功耗。1.2.1.4Stratix IV FPGA在先进成熟的 Stratix II

14、I 体系结构基础上， Stratix IV FPGA 实现了大容量、功能丰富的高性能内核架构。结合灵活的I/O、宽带收发器和存储器接口，Stratix IV FPGA 满足了无线通信、固网、军事、广播和其他市场领域对高端数字系统的需求。具有以下关键优势：a) 高密度：具有 680K 逻辑单元 (LE) 、 22.4Mbits 嵌入式存储器和 1,360 个 18x18乘法器；b) 高性能：具有 2 个速率等级优势；c) 系统带宽：具有 8.5Gbps 的 48 个高速收发器，以及 1,067 Mbps (533 MHz) DDR3存储器接口；d) 低功耗：在 40nm 优势和可编程功耗技术的支

15、持下，比市场上的其他同类高端FPGA 功耗低 50；e) PCI Express 硬核知识产权 (IP) Gen1 (2.5 Gbps) 和 Gen2 (5.0 Gbps)，4 个 x8模块，实现了全端点或者根端口功能；f) 优异的信号完整性：能够驱动 50背板，速度达到 6.375Gbps，支持即插即用信号完整性。.精品文档Stratix? IV FPGA 系列包括以下三种器件型号： Stratix IV GT ( 基于收发器 ) FPGA 、 Stratix IV GX ( 基于收发器 ) FPGA、Stratix IV E ( 增强型器件 ) FPGA。Stratix IV GT (基于

16、收发器 ) FPGA：具有 530K 逻辑单元 (LE) 和 48 个全双工基于CDR 的收发器，速率达到11.3Gbps。Stratix IV GX (基于收发器 ) FPGA：具有 530K 逻辑单元 (LE) 和 48 个全双工基于CDR 的收发器，速率达到8.5 Gbps。Stratix IV E ( 增强型器件 ) FPGA：具有 820K LE ，23.1Mbit RAM ， 1,288 个 18 x 18位乘法器。Stratix IV FPGA 支纵向移植，在每一系列型号中都能灵活的进行器件选择。而且， Stratix III 和 Stratix IV E 器件之间有纵向移植途径

17、，因此，我们可以 在 Stratix III器件上启动设计，不需要改动PCB 就能够转到容量更大的Stratix IV E 器件上。1.2.1.5Stratix V FPGAAltera 28-nm Stratix V FPGA 在高端应用中实现了业界最大带宽和最高系统集成度，非常灵活，降低了成本和总功耗。该系列包括四个器件型号：a) 带有收发器的 Stratix V GX FPGA ：集成了 66 个全双工、支持背板应用的14.1-Gbps 收发器，以及高达 800 MHz 的 6 x72 位 DIMM DDR3 存储器接口，支持芯片至芯片 /芯片至模块。适用于高性能、宽带应用。 ；b) 带

18、有增强数字信号处理 (DSP)功能和收发器的 Stratix V GS FPGA：集成了 4,096个 18 位 x18 位高性能精度可调乘法器、 支持背板应用的 48 个全双工、14.1-Gbps收发器，以及高达800 MHz 的 7 x72 位 DIMM DDR3存储器接口，支持背板、芯片至芯片 /芯片至模块，适用于高性能精度可调数字信号处理(DSP)应用。；c) 带有收发器的 Stratix V GT FPGA ：集成了 4 个 28-Gbps 收发器， 32 个全双工、提供 28.05G 收发器、支持 12.5Gbps背板应用的收发器，以及高达800 MHz 的4 x72 位 DIMM

19、DDR3 存储器接口，适用于需要超宽带和超高性能的应用，例如， 40G/100G/400G 应用；d) Stratix V E FPGA ：具有 950K LE 、52 Mb RAM 、704 个 18 位 x 18 位高性能精度可调乘法器和 840 个 I/O，适用于 ASIC 原型开发。.精品文档1.2.1.6Stratix 10 FPGAStratix 10 设备采用了革命性的英特尔HyperFlex?FPGA 架构和英特尔 14 纳米三栅极制造工艺，与上一代的高性能FPGA 相比，内核性能提高一倍，同时功耗降低 70%，在性能、功耗、密度和系统集成方面具有业界无与伦比的显著优势。 St

20、ratix 10 产品家族系列有 Stratix 10 GX FPGA 、Stratix 10 SX 系统芯片、 Stratix 10 TX FPGA 、 Stratix 10MX FPGA 。a)Stratix 10 GX FPGA ：专为满足高吞吐量系统的高性能要求而设计，可提供高达10 万亿次的浮点性能， 其收发器在芯片模块应用、 芯片到芯片应用和背板应用中可支持高达28.3 Gbps 的速度；b)Stratix 10 SX：系统芯片采用硬处理器系统，除具备Stratix 10 GX设备的所有功能之外，支持各种密度的64 位四核 ARM Cortex-A53处理器；c) Stratix

21、10 TX FPGA ：将 H-tile 收发器和 E-tile 收发器相结合，提供了业内最先进的收发器功能。 E-tile 收发器提供双模收发器功能，允许单个收发器信道在 PAM-4 模式下以最高 56 Gbps 的速度运行，在 NRZ 模式下以最高 30Gbps 的速度运行。 Stratix 10 TX FPGA 还支持Stratix GX 和 SX 产品系列的其他突破性创新；d)Stratix 10 MX FPGA：在一个封装中将Stratix 10 FPGA 和系统芯片的可编程性和灵活性与3D 堆叠高带宽内存2 (HBM2)融合在一起，支持H-tile 收发器和 E-tile 收发器。

22、1.2.2 Arria 系列Arria 系列作为中端系列， 适用于对成本和功耗敏感的收发器以及嵌入式应用。 ArriaFPGA 系列提供丰富的存储器、逻辑和数字信号处理(DSP)模块资源，结合28.05Gbps收发器优异的信号完整性，可集成更多的功能并提高系统带宽。而且Arria V 器件系列的 SoC FPGA 还具有基于 ARM 的硬核处理器系统 (HPS)，进一步提高 了集成度，降低了功耗。 表 2 列出了 Arria 的各个器件。表 2.Arria 器件系列Arria 系ArriaArria IIArria IIArria VArria VArria 10列GXGXGZGX,GT,SX

23、GZGX,GT,SX.精品文档Arria 系ArriaArria IIArria IIArria VArria VArria 10列GXGXGZGX,GT,SXGZGX,GT,SX推出年200720092010201120122013份工艺技90nm40nm40nm28nm28nm20nm术1.2.2.1Arria GX FPGAArria GX FPGA 含有 Altera 的第四代收发器，是Altera 带有收发器的中端FPGA 系列，其收发器速率高达3.125Gbps，可利用它来连接支持PCI Express、千兆以太网、SerialRapid IO、SDI 等协议的现有模块和器件。 A

24、rria GX 收发器基于最初为Stratix II GX FPGA系列而成功开发，所有系列均采用 90nm 工艺技术生产，使用相同的物理介质附加 (PMA) 电路。Arria GX 还含有 Stratix II GX FPGA 物理编码子层 (PCS)的子集。结合倒装焊封装，这些特性在低成本收发器 FPGA 中可确保设计具有优异的信号完整性。1.2.2.2Arria II FPGAArria II FPGA 基于全功能 40nm FPGA 架构，含有成本最低的 6.375Gbps 收发器FPGA，静态功耗比竞争产品低 50。它包括自适 应逻辑模块 (ALM) 、数字信号处理 (DSP) 模块

25、和嵌入式 RAM ，以及硬核 PCI Express? IP。相比其他的 6G 收发器 FPGA 系列，Arria II FPGA 实用性更强，可更迅速地完成工程设计。 该器件系列有两个型号：a) Arria II GX FPGA ：现在发售的 Arria II GX FPGA 有速度最快的收发器、 LVDS和存储器， 以最低的成本和功耗实现了丰富的功能。 同时该型号 FPGA 提供 16 个 6.375-Gbps收发器，非常适合专业摄像机的输出处理等多种应用。b) Arria II GZ FPGA ：Arria II GZ FPGA 是新型号，具有 Arria II GX FPGA 的成本和

26、功耗优势，进一步拓展了器件的功能，适合宽带应用。该型号包括24 个6.375-Gbps 收发器，密度更大，存储器更多，数字信号处理(DSP)功能更强。Arria II FPGA 支持纵向移植，因此，用户可以先采用一个器件开始设计，以后需要的时候，将设计转换到密度不同的器件上。.精品文档1.2.2.3Arria V FPGAArria V FPGA 可为远程射频单元、 10G/40G 线路卡以及广播演播设备等中端应用实现单位带宽最低功耗， 是需要高达 12.5Gbps收发器低功耗设计的理想选择。 Arria V GX和 GT FPGA 使用了 28 nm 低功耗工艺实现了最低静态功耗， 设计了具

27、有硬核 IP 的优异架构从而降低了动态功耗。 在 10G 数据速率，Arria V GZ FPGA 每通道功耗不到 180mW；在 12.5Gbps，每通道功耗不到 200mW；Arria V GZ FPGA 的-3L 速率等级器件进一步降低了静态功耗。与前一代中端FPGA 相比， Arria V 器件的平均功耗降低了40%。Arria V SoC FPGA 在一个基于 ARM 的用户可定制芯片系统 (SoC)中集成了分立处理器、 FPGA 和数字信号处理 (DSP)功能。 SoC FPGA 使用宽带互联干线链接，在 FPGA 架构中集成了 HPS(包括处理器、外设和存储器控制器 )，降低了系

28、统功耗和成本，减小了电路板面积， 提高了系统性能。 HPS 与 Altera 的 28-nm 低功耗 FPGA 架构相结合，实现了应用类 ARM 处理器的性能，它还具备了 Arria V FPGA 灵活的数字信号处理 (DSP) 功能，同时可实现硬核知识产权 (IP)的性能、低功耗特性以及可编程逻辑的灵活性。1.2.2.4Arria 10 FPGAArria 10 设备具有业界唯一的硬核浮点数字信号处理(DSP) 模块，速率高达每秒1.5 Tera 次浮点运算(TFLOPS)，实现了新的 DSP 性能水平；此外， Arria 10 系列提供可编程逻辑行业仅有的20 nm 基于 ARM 的 So

29、C，可提供高达 1.5 GHz 的时钟速度，相比竞争 FPGA 和 SoC 可提供高出一个速度等级的内核性能和高达 20%的最高频率优势。与前一代中端 FPGA 相比，英特尔的 Arria 10 FPGA 和 SoC 性能提高了 60%，功耗降低了 40%，而与前一代高端 FPGA 相比，性能提高了 15%，功耗降低了 60%。目前 Arria 10 器件系列型号主要包括：Arria 10 GT 、 GX 、SX FPGA。a)Arria 10 GT ：支持 78 个全双工收发器，数据速率高达 25.78Gbps 芯片至芯片，背板达到 12.5Gbps，还有 1,150K 等价 LE；b) A

30、rria 10 GX ：支持 96 个全双工收发器，数据速率高达 17.4Gbps 芯片至芯片，背板达到 12.5Gbps，还有 1,150K 等价 LE ；c) Arria 10 SX ：SoC 支持双核 ARM Cortex-A9 HPS ，48 个全双工收发器，数据速率高达 17.4Gbps芯片至芯片，背板达到 12.5Gbps，还有 660K 等价 LE。.精品文档1.2.3 Cyclone 系列Cyclone 系列作为低端系列，可满足客户对低功耗、低成本设计的需求。每一代Cyclone FPGA 在提供集成度和性能的前提下，降低功耗，并满足低成本要求，表3 出了 Cyclone 的各

31、个器件。表3.Cyclone 器件系列Cyclone 系列CycloneCycloneCycloneCycloneCycloneCycloneIIIIIIVV10推出年份200220042007200920112017工艺技术13um90nm是否建议新设计否否是是是是使用1.2.3.1Cyclone FPGACyclone-13um FPGA 作为 Altera 中等规模 FPGA，基于成本优化的全铜1.5V SRAM而开发，与 Stratix 结构类似，是大容量、高密度、低成本的最佳解决方案，适合作为中低端应用的通用FPGA。 Cyclone FPGA 综合考虑了逻辑、存储器、锁相环(PLL

32、) 和高级I/O 接口，采用新的串行配置器件的低成本配置方案，其嵌入式存储器资源支持多种存储器应用和数字信号处理(DSP)实现，专用外部存储器接口电路支持与DDR FCRAM 和SDRAM 器件以及 SDR SDRAM 存储器的连接，同时支持串行总线和网络接口以及多种通信协议，片内和片外系统时序管理使用嵌入式PLL ，支持单端 I/O 标准和差分 I/O 技术， LVDS 信号数据速率高达640Mbps，是 Altera 最成功的器件之一。1.2.3.2Cyclone II FPGA在 Altera 大获成功的第一代 Cyclone 器件系列基础上， Cyclone II FPGA 从根本上针

33、对低成本进行设计， 为成本敏感的大批量应用提供用户定制特性， 采用 90nm 工艺，1.2V内核供电，以低于ASIC 的成本实现了高性能和低功耗。Cyclone II 作为 Cyclone FPGA的下一代产品，其密度分布范围广，含有丰富的存储器和嵌入式乘法器，并提供多种封装选择。同时支持低成本应用中常见的各种外部存储器接口和I/O 协议。.精品文档1.2.3.3Cyclone III FPGACyclone III FPGA 系列采用全层铜、低 k、1.2V SRAM 工艺设计，在 TSMC 非常成功的 90-nm 工艺技术上使用 300mm 圆晶片开发，优化实现了最小管芯体积。该系列设立了

34、功耗标准， 采用台积电 (TSMC) 的低功耗 (LP) 工艺技术进行制造， 实现了静态功耗不到 1/4W 。 这一 FPGA 系列主要包括：a)Cyclone III ：是功耗最低、成本最低的高性能 FPGA，含有 120K 垂直排列的逻辑单元 (LE) 、以 9Kbit (M9K) 模块排列的 4Mbits 嵌入式存储器和 200 个 18x18嵌入式乘法器；b) Cyclone III LS：是安全特性、功耗最低的 FPGA，在布局上提供丰富的存储器和乘法器资源，包括 200K 逻辑单元、 8.2Mbits 嵌入式存储器和 396 个嵌入式乘法器。该系列在硬件、软件和知识产权(IP)层面

35、上率先实现了一系列安全特性，可保证用户IP 不被篡改、逆向剖析和克隆。而且通过设计分离特性，用户可在一个芯片中实现冗余功能，从而减小了实际应用的体积、重量和功耗。以上体系结构都含有非常高效的互联和低偏移时钟网络，在时钟逻辑结构和数据信号之间提供互联。逻辑和走线内核架构周围是I/O 单元 (IOE) 和锁相环 (PLL) 。1.2.3.4Cyclone IV FPGAAltera Cyclone IV FPGA 拓展了 Cyclone FPGA 系列的领先优势，为市场提供成本最低、功耗最低并具有收发器的FPGA。Cyclone IV 系列采用经过优化的低功耗工艺，提供 150,000 个逻辑单元

36、 (LE) ，总功耗降低了 30，适合低成本、小外形封装，同时满足越来越大的带宽需求并降低了成本。该系列包括：a) Cyclone IV GX FPGA ：体系结构包括 150K 垂直排列的逻辑单元 (LE) 、以 9-Kbit (M9K) 模块形式排列的 6.5 Mbits 嵌入式存储器，以及 360 个 18x18 嵌入式乘法器。在 Cyclone 系列中，Cyclone IV GX FPGA 新增加了 8 个速率高达 3.125Gbps的集成收发器；b)Cyclone IV E FPGA ：适用于多种通用逻辑应用，体系结构包括115K 垂直排列的 LE、以 9-Kbit (M9K) 模块

37、形式排列的 4Mbits 嵌入式存储器，以及 266 个 18x18嵌入式乘法器。逻辑和走线内核架构周围是I/O 单元 (IOE) 和锁相环 (PLL) ， GX 和 E 型号有 4 个通.精品文档用 PLL ，位于管芯的每个角上。Cyclone IV GX FPGA 在管芯顶部、底部和右侧排列了I/O 单元，而 Cyclone IV E FPGA 在管芯四边都有I/O 。Cyclone IV GX 管芯左侧是 8 个收发器，排列在两个块中，每个块含有4 个收发器。每个收发器块的顶部和底部是多用途 PLL (MPLL) ，可以供收发器使用，也可以由FPGA 架构使用。Cyclone IV FP

38、GA 可有效的降低系统成本。该系列只需要两路电源供电，简化了电源分配网络，降低了电路板成本， 减小了电路板面积， 缩短了设计时间。 对于 Cyclone IVGX FPGA ，在前沿的低功耗 Cyclone IV FPGA 体系结构中引入集成收发器， 简化了电路板设计和集成，进一步降低了成本，而且灵活的收发器时钟体系结构可实现收发器所有可用资源的利用。利用 Cyclone IV GX FPGA 的灵活性和高度集成特性，可以设计出体积更小、成本更低的器件，进而降低系统总成本。Cyclone IV E FPGA 可有效降低功耗。该系列采用经过优化的 60-nm 低功耗工艺，拓展了前一代 Cyclo

39、ne III FPGA 的低功耗优势。最新一代器件降低了内核电压，与前一代产品相比总功耗降低了 25。采用 Cyclone IV GX 收发器 FPGA，用户可以开发功耗不到 1.5 瓦的 PCI Express至千兆以太网桥接应用。Cyclone IV GX FPGA 采用了 Altera 成熟的 GX 收发器技术，具有出众的抖动性能和优异的信号完整性。 PCI-SIG 兼容收发器型号支持多种串行协议。 Cyclone IV GX FPGA为根端口和端点配置的PCI Express x1、x2 和 x4 提供唯一的硬核知识产权(IP)模块。1.2.3.5Cyclone V FPGACyclo

40、ne V FPGA 系列采用TSMC 的 28nm 低功耗工艺以及小尺寸封装选项(如11x11 mm2)，与前几代产品相比，总功耗降低了40%，静态功耗降低了30%，其性能水平使得该器件系列成为大批量应用优势的理想选择。Cyclone V FPGA 提供低功耗的串行收发器，每通道在5Gbps 时功耗只有 88mW，处理性能高达4000MIPS，而功耗不到1.8W，此外它具有高效的逻辑集成功能以及基于ARM 的硬核处理器系统(HPS)的 SoCFPGA 型号。内核 FPGA 架构中精度可调数字信号处理 (DSP) 模块、多端口存储器控制器和多功能 PCI ExpressGen2 增强 IP 等丰

41、富的硬核知识产权 (IP) 模块可实现更低的系统总成本并在更短的设计时间完成更多的工作。 作为一种可以马上使用的功能， 这些硬核 IP模块简化了开发过程，进一步降低了功耗，在增强存储器控制器方面，相对于软核逻辑.精品文档占用了更少的电路板空间，而且节省了很多的逻辑资源，从而用于实现独特的功能，进而突出产品优势。1.2.3.6Cyclone 10 FPGA与前几代 Cyclone FPGA 相比， Cyclone 10 系列可节省更多的成本和功耗。该系列主要包括： Cyclone 10 GX FPGA 、Cyclone 10 LP FPGA 。通过基于 12.5G 收发器的功能、1.4Gbps

42、LVDS和最高 72 位宽 1,866 Mbps DDR3 SDRAM 接口，Cyclone 10 GX FPGA 可为用户提供高带宽。 Cyclone 10 LP 设备提供低静态功耗、成本优化的功能。（1） Cyclone 10 GX FPGACyclone 10 GX FPGA 是基于高性能 20nm 工艺构建的首款低成本器件， 可针对成本敏感型应用发挥其性能优势。 该产品支持 12.5Gbps收发器 I/O，具有高性能 1,866Mbps 外部存储器接口、 1.434Gbps LVDS I/O 以及符合 IEEE754 的硬核浮点 DSP 模块。因此Cyclone 10 GX FPGA

43、非常适合需要增加核心级别和I/O 性能级别的各类应用，因为对可伸缩处理和加速的需求会增加系统要求。（2） Cyclone 10 LP FPGACyclone 10 LP FPGA 基于节能的 60nm 工艺，并提供了一系列IP 块（如 I2C、串行外设接口(SPI)、UART 和并行 I/O 模块）和支持超过500 个 I/O 的封装，与前代产品相比，最新一代的设备可将核心静态功耗降低多达50%，因此该产品非常适合需要更低静态功耗的成本敏感型应用。所有Cyclone 10 LP FPGA 仅需两个核心电源即可运行，可简化配电网络，节省电路板成本、电路板空间和设计时间，其出色的灵活性，可在成本较

44、低的小设备中完成设计，从而降低您的总体系统成本。Cyclone 10 GX 和 LP 系列都支持垂直迁移，可先在一个器件上开始进行设计，然后在完成设计后再将其迁移至相邻的器件。1.2.4 MAX 系列MAX 10 FPGA 采用了先进的工艺，在低成本、单芯片小外形封装的编程逻辑器件中实现了先进的处理功能，是革命性的非易失集成器件。MAX 10 FPGA 采用 TSMC 的55 nm 嵌入式NOR 闪存技术制造，通过提供瞬时接通的双配置和模拟到数字转换器(ADC) ，在成熟可靠的FPGA 功能中集成新特性。其集成功能包括模数转换器(ADC)和双配置闪存，支持在一个芯片上存储两个镜像，在镜像间动态

45、切换。与CPLD 不同，.精品文档MAX 10 FPGA 还包括全功能 FPGA 功能，例如， Nios II 软核嵌入式处理器支持、数字信号处理 (DSP)模块和软核 DDR3 存储控制器等。2XilinxXilinx( 赛灵思 )作为 FPGA 的发明者，是世界领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商，用户主要集中在欧洲和美国地区。全球FPGA 产品的 60%以上是由 Altera 和 Xilinx提供。与采用传统方法如固定逻辑门阵列相比，利用Xilinx FPGA 可编程器件，客户可以更快地设计和验证他们的电路，而且由于Xilinx FPGA 器件是只需要进行编程的标准部件，客户不需要像采用

46、固定逻辑芯片时那样等待样品或者付出巨额成本。因此XilinxFPGA 可编程逻辑解决方案缩短了电子设备制造商开发产品的时间并加快了产品面市的速度，从而减小了制造商的风险。2.1开发软件a) ISE：Xilinx 公司集成开发的工具；b)Foundation： Xilinx 公司早期的开发工具，逐步被ISE 取代；c) ISE Webpack：Webpack是 xilinx 提供的免费开发软件， 功能比 ISE 少一些。2.2产品系列XilinxFPGA 主要分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如 Spartan 系列；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能

47、能满足各类高端应用，如 Virtex 系列，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 Xilinx FPGA 主要分为 Spartan系列、 Virtex 系列、 Kintex 系列、 Artix 系列、 Zynq 系列。在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。2.2.1 Spartan系列Spartan 系列成本低廉， 总体性能指标不是很优秀， 适合低成本应用场合， 是 Xilinx 在低端 FPGA 市场上的主要产品。 目前市场上，该系列主要包括 Spartan-3、Spartan-3A、Spartan-3E、Spartan-6、Spartan-7等。2.2.1.1Spartan-3 F

48、PGASpartan-3 系列 FPGA 全球第一款 90nm 工艺 FPGA，1.2V 内核供电，可提供五种平台选择，每种选择都能实现可编程逻辑、 连接功能和专用硬 IP 的独特成本优化型平衡，.精品文档从而充分满足低成本应用的需求。a) Spartan-3A DSP： DSP 优化适用于需要集成型 DSP MAC 和扩展存储器的应用；理想适用于需要低成本 FPGA 的设计，支持军用无线电、 监控摄像头、 医学成像等信号处理应用。b) Spartan-3AN ：非易失性面向需要非易失性系统集成、安全性、大型用户Flash 的应用；理想适用于空间关键型或安全应用以及低成本嵌入式控制器。c) S

49、partan-3A/AN ：I/O 优化适用于 I/O 数量和功能重要性高于逻辑密度的应用； AN 系列还带有内部配置 FLASH 。理想适用于桥接、差分信号和存储器接口应用，支持宽接口或多接口以及一定的处理功能。d) Spartan-3E 逻辑优化Xilinx 第一款支持 SPI FLASH 配置的 FPGA，使配置成本更低；适用于逻辑密度重要性高于 I/O 数量的应用；理想适用于逻辑集成、 DSP 协处理和嵌入式控制， 支持较强的处理功能以及较窄或数量不多的接口。e) Spartan-3 适用于最高密度和引脚数量的应用适用于高逻辑密度和高 I/O 数量同等重要的应用；理想适用于高度集成的数

50、据处理应用。2.2.1.2Spartan-6 FPGASpartan-6-45nm FPGA 器件可提供各种业界领先的连接特性，如高逻辑引脚比、小型封装、 MicroBlaze?软处理器、 800Mb/s DDR3 支持以及各种多样化支持性I/O 协议等。这些器件采用45nm 技术构建，是汽车信息娱乐、 消费类以及工业自动化中各种高级桥接应用的理想选择。其关键特性如下表：表4.Spartan-6 FPGA关键特性价值关键特性.精品文档价值关键特性I/O连接的高引脚数与逻辑之比；可编程的系统集成超过40 个 I/O 标准可简化系统设计；具有集成型端点模块的PCI Express。提升的系统性能高

51、达8 个低功耗 3.2Gb/s 串行收发器；带有集成内存控制其的800Mb/s DDR3。BOM 成本削减针对系统 I/O 扩展进行了成本优化；MicroBlaze 处理器软 IP 可消除外部处理器或MCU 组件 。总功耗削减1.2V 内核电压或 1.0V内核电压选项；睡眠节电模式支持零功耗。通过 ISE Design Suite 实现：无成本、前端到后端 （front-to-back）加速设计生产力面向 Linux 和 Windows 的 FPGA 设计解决方案使用整合向导快速完成设计2.2.1.3XA Spartan-3 FPGAXA Spartan-3 系列 FPGA 主要包括 XA Spartan-3A、3A DSP、 3E，其中：a) XA Spartan-3E FPGA：是全球五款针对逻辑优化、成本最低、特性齐全的平台之一，具有 100K1.6M 个系统门、 66 376 个 I/O 接口和密度移植功能。b)XA Spartan-3A FPGA ： 是世界上成本最低、针对 I/O 进行了优化的、