FPGA設(shè)計(jì)中的功率計(jì)算技巧

1、fpga設(shè)計(jì)中的功率計(jì)算技巧隨著工藝技術(shù)的越來(lái)越前沿化， 器件擁有更多的規(guī)律、存儲(chǔ)器和特別功能，如存儲(chǔ)器接口、 塊和多種高速serdes信道，這些進(jìn)展不斷地對(duì)系統(tǒng)功率要求提出挑戰(zhàn)。由此，設(shè)計(jì)師大概會(huì)想要拖一座冰山到板上，但這樣一來(lái)it人員就會(huì)瀕臨一團(tuán)亂麻的境地了。明顯冰山是一個(gè)不切實(shí)際的玩笑，以下是一種可行的計(jì)劃：用法工具來(lái)精確計(jì)算功率要求。功率計(jì)算的關(guān)鍵是兩方面:靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功率。 盡管fpga廠商允諾將提供切實(shí)可用的低功耗器件，但因?yàn)楣に嚰夹g(shù)從130納米縮小到90納米、65納米或越發(fā)小的線條，晶體管固有的漏電加劇了，靜態(tài)功耗也增強(qiáng)了。此外，用法fpga時(shí)極高的系統(tǒng)性能要求使得動(dòng)態(tài)功耗升高，動(dòng)

2、態(tài)功耗是頻率和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的函數(shù)。那設(shè)計(jì)者如何才干精確地確定器件的功耗，同時(shí)考慮與這個(gè)問(wèn)題有關(guān)的全部重要因素，有效地作出須要的設(shè)計(jì)權(quán)衡，建立一個(gè)滿足全部性能要求的牢靠系統(tǒng)呢？功耗計(jì)算對(duì)于設(shè)計(jì)非常重要是基于兩點(diǎn)考慮：系統(tǒng)電源的大小和散熱。盡人皆知，系統(tǒng)中的全部器件都需要一個(gè)良好、清潔、精確和牢靠的電源，且能有效地運(yùn)作。精確地計(jì)算功耗就能有的放矢地確定電源大小，電源過(guò)大將增強(qiáng)成本。散熱裝置對(duì)系統(tǒng)牢靠性至關(guān)重要。全部器件都已列出了其對(duì)器件結(jié)溫容忍度的界限。超過(guò)這些界限，將可能導(dǎo)致運(yùn)行效率低下，或者更糟糕的是導(dǎo)致系統(tǒng)永遠(yuǎn)地?fù)p壞。固然，也可以采納一些技術(shù)來(lái)緩解散熱問(wèn)題，如對(duì)系統(tǒng)增強(qiáng)散熱片或氣流，從而有效地降

3、低運(yùn)行溫度。那么，在系統(tǒng)建立之前，設(shè)計(jì)師怎樣才干夠精確地估量功耗和設(shè)備的熱耗？這相當(dāng)于在議論一個(gè)先有雞還是先有蛋的問(wèn)題！幸運(yùn)的是，有一個(gè)專為這項(xiàng)任務(wù)而設(shè)計(jì)的功耗計(jì)算器。精確評(píng)估功耗去建立一個(gè)熱模型的一些基本要素如下：1。器件的各種要素： fpga（用法的和未用法的部分） 、封裝、工作頻率、活動(dòng)因素和速度等級(jí)。2。環(huán)境因素：散熱片、氣流、電路板尺寸和環(huán)境溫度。3?？捎眯砸兀涸O(shè)計(jì)過(guò)程中在任何時(shí)光的建模能力，導(dǎo)入實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)，便利地做“假設(shè)”的完整環(huán)境的評(píng)估。因?yàn)楣β视?jì)算器必需在囫圇設(shè)計(jì)過(guò)程中都是可用的，能始終在這個(gè)工具中對(duì)器件作出挑選很重要，同樣，用戶對(duì)不同的封裝、器件、密度、速度等級(jí)和溫度范

4、圍舉行挑選也是很重要的。熱特性還用法戶隨時(shí)了解他的設(shè)計(jì)是在一個(gè)明確、平安的運(yùn)行環(huán)境中舉行。功率計(jì)算器還提供了十分明確的單獨(dú)工作區(qū)域，以按鈕的形式對(duì)器件的每個(gè)結(jié)構(gòu)、資源、可用的元件舉行操作。針對(duì)可用性的要求，該工具會(huì)顯示每個(gè)電源的和功率，以及每個(gè)元件和全部元件的功耗總和。這樣給出了每個(gè)元件對(duì)整體功耗影響的完整了解，并允許用戶打算如何將設(shè)計(jì)舉行最好的優(yōu)化，以削減總功耗。表格的排列展示是很有價(jià)值，圖形也相當(dāng)實(shí)用。圖2展示了一組由功率計(jì)算器自動(dòng)生成的圖形。圖表顯示了下列信息：功率與（或電壓典型和最壞的狀況）功率與環(huán)境溫度典型和最壞的狀況功率與頻率典型和最壞的狀況這些圖表為設(shè)計(jì)一個(gè)牢靠系統(tǒng)提供了很實(shí)用的

5、信息。環(huán)境變量也必需是易于設(shè)置和修改的。圖3展示了高級(jí)的熱特性挑選屏幕，用戶可以輕松地為設(shè)計(jì)修改熱特性。由工具或自定模式提供的一般熱模型可用于計(jì)算，為任何設(shè)計(jì)環(huán)境提供靈便性和精確性也很重要。用戶還可以設(shè)置散熱片和藹流參數(shù)，以及有效的用于計(jì)算的theta-ja。為了能夠?qū)崿F(xiàn)所期望的性能和牢靠的結(jié)果，全部這些因素對(duì)正確 分析實(shí)際系統(tǒng) 環(huán)境、作出須要的設(shè)計(jì)挑選來(lái)說(shuō)至關(guān) 重要。有一個(gè)完整的系統(tǒng)級(jí)理解和精確的功率模型將能使設(shè)計(jì)師作出須要的決擇，從而完成設(shè)計(jì)。然后，設(shè)計(jì)者可以集中精力于降低功耗，其中包括以下幾個(gè)方面：降低設(shè)備的工作電壓優(yōu)化時(shí)鐘頻率削減設(shè)計(jì)中長(zhǎng)的布線優(yōu)化編碼優(yōu)化熱模型依據(jù)設(shè)計(jì)中所用器件資源的所有