Altera在40nm：抖動、信號完整性、功耗和工藝達(dá)到最佳的收發(fā)器

　　1. 引言

　　在摩爾定律的推動下，半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，集成電路晶體管數(shù)量每兩年翻倍，對器件或者系統(tǒng)之間的通信鏈路數(shù)據(jù)速率要求越來越高。而工藝節(jié)點的減小又促進(jìn)了摩爾定律。減小體積可以在單位邏輯中容納更多的功能，提高工作速率、邏輯密度和集成度，同時降低了。通常采用高級設(shè)計方法和工藝技術(shù)來提高數(shù)據(jù)速率，支持固網(wǎng)和無線通信、計算機(jī)、存儲、軍事應(yīng)用以及廣播電子系統(tǒng)發(fā)送接收大量數(shù)據(jù)，以滿足不斷增長的數(shù)據(jù)傳輸和帶寬要求。

　　微處理器和FPGA等前沿產(chǎn)品采用了65-nm工藝技術(shù)。這些產(chǎn)品的后續(xù)型號將采用今年推出的45-nm或者40-nm工藝。更小的工藝尺寸意味著晶體管溝道長度減小，邏輯門之間的連接縮短，導(dǎo)致更快的開關(guān)時間以及更短的互聯(lián)傳送延遲。工藝節(jié)點減小有利于邏輯工作，針對功效進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)高密度、高速數(shù)據(jù)傳輸。

　　今天，通信和輸入/輸出(I/O)標(biāo)準(zhǔn)中大部分高級收發(fā)器的數(shù)據(jù)速率在5–6 Gbps范圍內(nèi)。例如，在眾多標(biāo)準(zhǔn)中有網(wǎng)絡(luò)通信的CEI/OIF 6G、2X XAUI (6.25 Gbps)，計算機(jī)I/O總線的PCIe 2.0 (5 Gbps)，存儲區(qū)域網(wǎng)的SATA III/SAS II (6 Gbps)等。

　　® Stratix® IV GX FPGA基于40-nm技術(shù)。其內(nèi)核邏輯架構(gòu)具有570K邏輯單元(LE)，支持實現(xiàn)大規(guī)模SOC (芯片系統(tǒng)) FPGA設(shè)計和應(yīng)用。高速收發(fā)器采用了四方拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最多48個通道，數(shù)據(jù)速率高達(dá)8.5 G Gbps。總之，Altera的Stratix IV GX FPGA具有最高的密度，最好的性能以及最低的功耗。利用40-nm的優(yōu)勢，借助成熟的收發(fā)器和存儲器接口技術(shù)，Stratix IV GX FPGA系統(tǒng)帶寬是前所未有的，具有優(yōu)異的。Stratix IV GX FPGA與HardCopy® IV ASIC相結(jié)合實現(xiàn)了FPGA和ASIC無縫原型開發(fā)的優(yōu)勢。

　　本文從技術(shù)上詳細(xì)介紹Stratix IV GX FPGA的性能、容量和目標(biāo)應(yīng)用。“2. 高速鏈路的發(fā)展趨勢和需求”涵蓋了技術(shù)、市場和應(yīng)用趨勢以及高速收發(fā)器的需求，包括新的高速I/O接口標(biāo)準(zhǔn) (PCI Express Generation 2 (PCIe 2.0)、Hyper Transport 3.0 (HT 3.0)、Interlaken、公共射頻接口(CPRI)和SERDES幀接口Level 5 (SFI-5))。“3. 40-nm工藝節(jié)點和收發(fā)器”介紹Stratix IV GX FPGA的容量和性能，以及它是怎樣滿足甚至超越技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)要求的。“4. 體系結(jié)構(gòu)”涉及到重要而又獨(dú)特的容量、技術(shù)優(yōu)勢和性能標(biāo)準(zhǔn)，包括高速鏈路和收發(fā)器工藝節(jié)點，以及體系結(jié)構(gòu)等。“5. 混合信號時鐘恢復(fù)”討論時鐘恢復(fù)電路(CRC)。“6. 端到端均衡”介紹發(fā)射器和接收器均衡功能。“7. 高級時鐘和時序發(fā)生”介紹各種類型的振蕩器。“8. 功耗和抖動”討論內(nèi)置自測試抖動(BIST)、噪聲、信號完整性和誤碼率(BER)、功耗管理和電源完整性、精確的時序發(fā)生電路，以及高速標(biāo)準(zhǔn)支持等。“9. 結(jié)論”對本文進(jìn)行總結(jié)。