電信應(yīng)用基于FPGA的功耗優(yōu)化解決方案

通過Quartus II開發(fā)軟件優(yōu)化功耗

Altera Quartus II 軟件功耗優(yōu)化涉及到三個步驟。首先進(jìn)行“功耗預(yù)知”綜合。功耗預(yù)知意味著軟件可以減少每個時鐘周期中要訪問的RAM模塊數(shù)量，還可以重新安排設(shè)計，以減少觸發(fā)頻率較高(或者易受干擾)的邏輯。

功耗預(yù)知綜合之后，Quartus II軟件對信號進(jìn)行布線，減小電容，建立高功效DSP模塊配置，完成功耗預(yù)知布局布線。Quartus II軟件中的PowerPlay功耗優(yōu)化功能指導(dǎo)適配器使用額外努力選項，利用專門的功耗體系結(jié)構(gòu)特性，對設(shè)計進(jìn)行功耗優(yōu)化。使用時序約束，Quartus II軟件可保證設(shè)計中的關(guān)鍵通路在性能上達(dá)到最優(yōu)，而時序不重要的通路在功耗上最優(yōu)。

發(fā)揮FPGA的優(yōu)勢

基于FPGA而不是代工線制造工藝進(jìn)行芯片開發(fā)，可使專用芯片產(chǎn)品充分利用芯片制造的最新開發(fā)技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)高功效解決方案。芯片供應(yīng)商TPACK稱這一方法為SOFTSILICON，使用Stratix IV FPGA為電信系統(tǒng)供應(yīng)商提供運(yùn)營商級以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理、流量管理和設(shè)計包映射芯片解決方案。

SOFTSILICON概念不但能夠開發(fā)容量更大的新芯片，而且還降低了現(xiàn)有設(shè)計的功耗。如圖1所示，TPACK的運(yùn)營商級數(shù)據(jù)包引擎基于不同工藝尺寸的每一代Stratix系列FPGA，提供集成運(yùn)營商級以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理和流量管理功能。

圖1 降低現(xiàn)有芯片解決方案的功耗

從Stratix過渡到Stratix II FPGA，TPACK將運(yùn)營商級數(shù)據(jù)包引擎容量從6Gbps (TPX2000)提高到20Gbps (TPX3100)，降低了1Gbps交換容量的相對功耗。通過將這一解決方案從Stratix II導(dǎo)入到Stratix III FPGA (TPX3103)中，功耗降低了近40％。

SOFTSILICON方法的功耗優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩個方面：采用最新的FPGA平臺，每Gbps以更低的相對功耗提供更大的交換容量；現(xiàn)有設(shè)計導(dǎo)入到最新的FPGA平臺，進(jìn)一步降低功耗。這些優(yōu)勢有助于滿足現(xiàn)在以及今后運(yùn)營商對低功耗的嚴(yán)格要求。

發(fā)揮SOFTSILICON的優(yōu)勢

FPGA的優(yōu)勢使SOFTSILICON方案受益，不僅如此，F(xiàn)PGA還為標(biāo)準(zhǔn)無廠模式提供其他芯片開發(fā)方法，幫助專用芯片供應(yīng)商滿足系統(tǒng)供應(yīng)商和運(yùn)營商的需求。

FPGA以前用于實(shí)現(xiàn)相對較少的功能(置入到ASSP中)或者作為“膠合邏輯”連接兩片不兼容的ASSP。但是在最近幾年，更多的復(fù)雜芯片方案嘗試采用FPGA，TPACK就是最早這樣做的公司之一。通過SOFTSILICON，TPACK提供了真正的ASSP 替代方案，具有更好的性能，特別是在功耗上。在這方面，集成也發(fā)揮了重要作用。在單芯片中集成更多的功能可以減小電路板面積，降低功耗，還可根據(jù)需要靈活更新解決方案，迅速修復(fù)故障。此外，需著重指出的是，ASSP集成的不足之處是出現(xiàn)故障的風(fēng)險隨復(fù)雜度的升高而增大，而對于FPGA來說，則可迅速糾正這些故障，降低了集成的外在風(fēng)險。