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功效

无以伦比的系统级功耗削减

Xilinx 器件可通过精选芯片工艺和功耗架构为所有产品组合实现高功率效率,包括 Spartan-6 系列及 7 系列、UltraScale™ 以及 UltraScale+™ FPGA 和 SoC。对于每一代产品,Xilinx 都不断提升其节电功能,包括工艺改进、架构创新、电压缩放策略以及高级软件优化策略等。以下是特定产品组合功能的详细信息、芯片工艺优势和基准比较。电源估算、热模型、全面软件支持和演示板现已开始针对所有产品系列公开提供。

UltraScale+ FPGA

UltraScale+ 器件系列以高性能低功耗半导体工艺(TSMC 16 纳米FinFET+)为基础,与 7 系列 FPGA 及 SoC 相比,能将整体器件级电源节省达 60%。架构改进包括:

  • 基于硬件的时钟门控技术
  • 硬化的 BRAM 串联
  • DSP 模块效率
  • 电源优化收发器

UltraScale+ 系列通过架构创新和主核结构的双电压工作,可将 7 系列的性能功耗比提高一倍多,能够在提高整体性能的同时降低功耗。

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无与伦比的威力与灵活性

除了 UltraScale+ FPGA 逻辑的所有省电功能外,Zynq UltraScale+ MPSoC 还在处理系统中利用多个电源岛和域进行粗粒度及细粒度动态电源门控,从而可根据性能要求持续调节功耗,降低整体器件用电。

UltraScale FPGA

UltraScale FPGA 系列基于低功耗 20 纳米半导体工艺以及出色的静态及电源门控技术,与 7 系列 FPGA 相比,能将整体器件级电源节省达 40%。与 UltraScale+ 器件共享的架构改进包括:

  • 基于硬件的时钟门控技术
  • 硬化的 BRAM 串联
  • DSP 模块效率
  • 电源优化收发器
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7 系列 FPGA & Zynq-7000 All Programmable SoC

7 系列器件是独有的采用高性能低功耗工艺 (28HPL) 生产的 28 纳米 FPGA 及 SoC,与前代产品系列相比,总体功耗锐降 50%,与同类竞争 28 纳米解决方案相比,可提供优异的性能功耗比。架构与模块级创新包括:

  • 静态节电功能的部分重配置
  • 多模式 I/O 控制
  • 智能时钟门控技术
  • 电源分级和电压缩放

查看基准报告以及 详细基准工艺

优化的供电解决方案

电源管理要求非常多样化,通常每个不同的客户设计都有自己独特的要求。因此,没有统一的电源管理设计能够提供优化的解决方案。Xilinx 与业界领先的电源管理公司合作提供 Xilinx 产品电源要求指南。其中包含:

电源管理公司

您可在下面选择我们与电源管理合作伙伴共同开发的参考设计。设计按产品系列分类,不过许多参考设计也能便捷地进行修改,用于其它产品系列。请联系我们的合作伙伴,了解有关任何以下设计的更多详情与指南。

供应商 参考设计 目标器件
Texas Instruments 25-30W 远端射频单元 (用例 2)1 ZU9EG, ZU15EG

Infineon

UltraZed ZU3 解决方案提供全面的电源管理灵活性(用例 4)1

ZU3CG/EG

Maxim

25-30W 远端射频单元(用例 2)1

ZU9EG, ZU15EG

Maxim

20W 无线回传(用例 2)1

ZU9EG, ZU15EG

注 1: 了解更多有关 Zynq UltraScale+ 器件用例的信息,请查看面向 Zynq UltraScale+ MPSoC 选型的电源整合解决方案  UG583

注:所有解决方案均由具体电源厂商负责。请联系适当的电源厂商,了解供货情况等更多详情。

Zynq UltraScale+ MPSoC 利用粗精度及细精度动态电源门控处理系统中的多个电源岛及域不断针对性能要求调节功耗,以降低整体器件功耗。FPGA 架构基于 UltraScale+ FPGA。

Zynq UltraScale+ MPSoC 是业界首款整合多个用户可编程处理器、FPGA 及高级电源管理功能的异构多处理器 SoC (MPSoC)。将 ARM A 类应用处理器、R 类处理器与其中每一个都在其电源域中运行的可编程逻辑 (PL) 相结合,设计人员可将任务交由具有特定功耗/性能曲线的适当处理器或者交由 PL 逻辑处理,以加速高要求任务,进一步降低能耗。

现代低功耗设计不仅需要使用具有多个硬件选项的复杂系统架构来降低功耗,而且还需要使用特定的 CPU 来处理来自多个主设备的电源管理请求,以开关资源并处理电源状态转换。挑战是提供一个符合行业标准 (IEEEP2415) 的智能软件框架,该框架能够处理来自运行不同操作系统的多个 CPU 的所有请求。Xilinx 创建了(电源管理框架),以通过平台管理单元 (PMU) 实现灵活的电源管理控制。

嵌入式视觉、 高级驾驶员辅助、监控、便携式医疗以及物联网工业应用正不断提升其高性能异构 SoC 的要求,但它们具有非常紧张的电源预算。 其中一些由电源供电,电池使用寿命是一个值得关注的问题。云技术和数据中心等一些其它应用具有苛刻的散热及能源成本要求,更不用说它们对降低环境成本的需求。可靠性也是一个重要的因素,因为温度升高不仅可导致电池使用寿命缩短,而且还会增加在整个系统电路上的应力。所有这些应用都将受益于这款高度灵活的电源管理解决方案。

电源缩放可平衡性能与功耗的问题

Zynq UltraScale+ MPSoC 有助于用户通过集成型软硬件电源管理解决方案来优化功耗。用户可根据不同的应用,在各种电源模式中进行选择,从消耗 2.6W 电源的开启到关断消耗 3µW 电源的 RTC 开启,均可选择。

Zynq UltraScale+ MPSoC 电源管理硬件架构

Zynq UltraScale+ MPSoC 有 4 个不同的电源域。

  • 低功率域 (LPD)
  • 全功率域 (FPD)
  • PL 功率域 (PLPD)
  • 电池电源域 (BPD)

每个电源域均可单独隔离。LPD 上的平台管理单元 (PMU) 可促进每个电源域的隔离。双电压可编程逻辑允许在两种配置文件间选择:高性能或低功耗。

Zynq UltraScale+ MPSoC电源管理软件架构

Xilinx 电源管理框架可抽象电源管理复杂度。它是一款符合行业标准 (IEEEP2415) 的智能软件框架,能够处理来自运行不同操作系统的多个 CPU 的所有请求。该电源管理框架可通过平台管理单元 (PMU) 来实现灵活的电源管理控制。

主要特性:

针对异构多处理系统精心设计

  • 所有器件的电源状态管理
  • 通过 PMU 来集中电源状态信息
  • 嵌入式能源管理接口 API (IEEE P2415)

支持 Linux OS 电源管理

针对第三方操作系统的电源管理直接控制特性

  • XilPM 库中包含的 24 款 API
  • 处理器单元的挂起与唤醒
  • 存储器与外设等从设备的管理

功效

Xilinx 提供最佳工具大幅降低预实现功耗,在每个设计阶段优化最低功耗,并提供面向用户控制优化的扩展分析。以下列出一系列 Xilinx 领先的功耗类硬件和软件工具,帮助设计人员即刻轻松入门。