1.4 Stratix V系列 FPGA芯片典型應用

　　Stratix V FPGA解決了各行業應用中的設計挑戰，具體應用詳見下文。

　　（1）100-Gb光傳送網（OTN）復用轉發器
?

圖 100-Gb光傳送網（OTN）復用轉發器

　　a. 提供連續數據范圍在600 Mbps到14.1 Gbps之間的串行收發器，通過使用方便的部分重新配置功能支持多標準客戶側接口；

　　b. 44個獨立發送時鐘域，提高了時鐘靈活性；

　　c. 收發器集成電信號散射補償（EDC）功能，可直接驅動光模塊（SFP+、SFP、QSFP、CFP）；

　　d. 支持下一代光接口的28-Gbps收發器；

　　e. 替代外部壓控晶體振蕩器（VCXO）的高級fPLL。

　　如果需要了解詳細信息，請閱讀【 在28-nm FPGA上實現100-Gbit OTN復用轉發器解決方案 】白皮書。

　　（2）100G以太網（GbE）線路卡
?

圖 100G以太網（GbE）線路卡

　　a. 支持40 GbE、100 GbE和Interlaken的高密度硬核MLD/PCS模塊，從而提高系統集成度；

　　b. 寬帶數據緩沖，提供1，600-Mbps外部存儲器接口；

　　c. 數據包處理和流量管理功能的高效實現；

　　d. 更高的系統性能，同時保持功耗和成本預算不變。

　　如果需要了解詳細信息，請閱讀【在28-nm FPGA上解決100-GbE線路卡設計挑戰 】白皮書。

　　（3）交叉矩陣和背板交換架構
?

圖 交叉矩陣和背板交換架構

　　a. 66個相同的寬帶收發器，覆蓋600 Mbps到14.1 Gbps連續數據速率范圍；

　　b. 內置高級信號調理電路，可直接驅動10GBASE-KR背板；

　　c. 部分和動態重新配置功能，靈活的支持各種線路卡接口；

　　d. 更高的集成度，適用于實現調度功能。

　　（4）軍事雷達應用
?

圖 軍事雷達應用

　　a. 高效的浮點乘法，超過1.25 TFLOPS；

　　b. 更高的信號處理帶寬，高達2.5 TMACS；

　　c. 自動單事件干擾（SEU）探測和糾正；

　　d. 設計安全和增強高級加密標準（AES）算法，256位易失和非易失密鑰；

　　e. Quartus II 軟件提供的高效能工具，包括DSP Builder高級模塊庫和漸進式編譯功能。

　　如果需要了解詳細信息，請參考【Altera軍事雷達和傳感器解決方案 】

　　（5）RF卡和通道卡

圖 RF卡和通道卡

　　a. 更少的數據通道，每個通道更高的吞吐量，節省了電路板面積，降低了功耗和成本

　　b. 進一步提高集成度，減小了系統延時，增強了系統性能和可靠性；

　　c. 更高的DSP和存儲器邏輯比，突出設計優勢；

　　d. 與競爭產品相比，更大的MIMO和帶寬密度。

　　（6）演播視頻服務器

圖 演播視頻服務器

　　a. 同類最佳的串行數字接口（SDI）解決方案；

　　b. 通過用戶友好的部分重新配置功能，支持多個CODEC；

　　c. 自然支持10位，實現最佳存儲器設計；

　　d. 更高的乘法器和存儲器邏輯比，更高效的處理視頻；

　　e. 通過CODEC和1080p視頻工作臺IP內核提供全面的解決方案。


　——電子發燒友網原創，轉載請注明出處?。?！

　　2 Arria V系列：中端市場最佳性價比之王

　　2.1 Arria V系列 FPGA芯片基本描述

　　（1）28nm FPGA，在成本、功耗和性能上達到均衡；

　?。?）包括低功耗6G和10G串行收發器；

　?。?）總功耗比6G Arria II FPGA低40%；

　?。?）豐富的硬核IP模塊，提高了集成度；

　?。?）目前市場上支持10.3125Gbps收發器技術、功耗最低的中端FPGA。

　　2.2 Arria V系列 FPGA芯片市場優勢

　　對于遠程射頻單元、10G/40G線路卡以及廣播演播室等中端應用，Arria V FPGA在成本和性能上達到了均衡，而總功耗是最低的。在所有中端FPGA系列中，Arria V系列的總功耗最低、靜態功耗最低、收發器功耗最低。

　　（1）均衡性優勢

　　與前一代器件相比，功耗可降低至40%。在其同類FPGA中，該系列靜態功耗降低50%，收發器功耗降低50%。通過利用Altera成熟可靠的收發器領先技術以及第六代收發器IP，該系列經過優化，10.3125Gbps數據速率時，功耗只有100mW。Arria V FPGA在成本、性能和功耗上能夠達到均衡。

　　
圖 Arria V FPGA與Arria II相比功耗上的優勢

　　（2）業界一流的低功耗技術

　　Arria V體系結構、IP和開發工具結合TSMC的28LP工藝，使用戶能夠在成本、功耗和性能上很好的達到均衡；能滿足了無線、寬帶等應用領域獨特的需求；確保用戶在應用中實現每瓦最佳性能。

　　a.任何中端FPGA中最低的靜態功耗 （《 800 mW，500K邏輯單元）；

　　b.中端FPGA中，功耗最低的串行收發器（6.375Gbps時每通道最大功耗小于100mW，10.3125Gbps時每通道最大功耗小于140mW）；

　　c.總功耗比6.375Gbps Arria II FPGA低40%；

　　d.處理性能超過4，000MIPS（Dhrystones 2.1基準測試），功耗不到1.8W（對于SoC FPGA）；

　　e.硬核知識產權（IP），適用于存儲器接口、處理器和PCI Express標準，進一步降低了總功耗。

　?。?）豐富的硬核IP模塊

　　Arria V系列體系結構集成了豐富的硬核IP模塊，包括：

　　a.支持Mobile DDR、LPDDR2 SDRAM和533-MHz DDR3 SDRAM的增強存儲器控制器，提供可選糾錯碼（ECC）支持；

　　b.提供多功能支持的PCI Express Gen2 x4；

　　c.針對有限沖擊響應（FIR）濾波器進行了優化的精度可調DSP模塊；

　　d.HPS （對于SoC FPGA）：雙核ARM CortexTM-A9 MPCoreTM處理器；嵌入式外設（以太網、USB、閃存等）；寬帶（》125 Gbps）HPS-FPGA互聯。

　　采用可立即使用的功能，與軟核邏輯實現相比，這些硬核IP模塊的功耗更低，從而簡化了設計過程，為工程師提供更多的邏輯資源，開發具有一定優勢的產品功能。此外，Arria V FPGA還提供最全面的設計保護功能，包括支持易失和非易失密鑰的256位高級加密標準。

　　硬核IP功能以及集成10.3125-Gbps收發器等特性使得Arria V FPGA成為滿足中端應用性能和各種標準需求的理想選擇，這些應用包括無線、固網、廣播和視頻最終市場等。

　　2.3 Arria V系列 FPGA芯片型號對比

　　Arria V系列FPGA型號包括Arria V GT FPGA、Arria V GX FPGA、Arria V SX FPGA、Arria V ST FPGA四個型號。具體型號說明及其相關參數對比詳見表1、表2、表3：

　　表1 Arria V系列FPGA型號及說明

　　表2 Arria V系列不同型號FPGA乘法器數量對比

　　表3 Arria V系列不同型號FPGA的內存容量及其分布對比

　　縱觀表1、表2和表3可知：根據四大型號具體描述以及各種參數對比，Arria V系列適用于遠程射頻前端、演播混音器和10G/40G線路卡等應用；此外，Arria V系列密度范圍高達503K邏輯單元（LE），收發器工作速率高達10.3125 Gbps，并提供可選嵌入式雙核ARM Cortex-A9 MPCore處理器，支持工程師選擇最能滿足其需求的器件，FPGA工程師便可根據具體需求來選擇適合自己的FPGA芯片。

　　更多信息，點擊鏈接查看：【Arria V系列 FPGA芯片白皮書（英文） 】

　——電子發燒友網原創，轉載請注明出處?。?！

　　2.4 Arria V系列 FPGA芯片典型應用

　　通過上面的特性說明，Arria V FPGA在主流應用中實現了最低功耗和最低系統成本。在下面的應用領域中，我們可以詳細了解Arria V FPGA是怎樣幫助工程師突出解決方案優勢的：

　　（1）無線通信（遠程射頻前端、基帶處理、通道卡和其他大批量基礎設備）

　　近十年來互聯網的爆炸性增長導致對大眾化高速互聯網接入技術的需求越來越大。無線互聯網接入技術在家庭和辦公室之外提供網絡接入，滿足了這種不斷增長的需求。目前有很多無線應用方案，能夠滿足各種不同的要求，使您能夠持續、方便、靈活地訪問網站最新信息。

　　移動蜂窩通信從傳統的模擬系統發展到了今天的正交頻分復用接入（OFDMA）和多輸入多輸出（MIMO） 4G數字系統。對于高速數據服務，與W-CDMA和cdma2000等3G技術相比，3G+標準能夠實現更高的峰值數據速率。例如，高速下行鏈路分組接入（HSDPA）和高速上行鏈路分組接入（HSUPA）技術將W-CDMA的下行鏈路和上行鏈路數據速率分別提高到14.4 Mbps和5.6 Mbps?；?G合作伙伴計劃（3GPP）的長期發展（LTE）標準下一代網絡目前正在進行原型開發，準備進行現場實驗。

　　
圖 描述了各種無線應用方案的移動性和數據數率

　　寬帶無線接入技術具有很大的市場潛力，使得微波接入全球互通（WiMAX）技術越來越流行。WiMAX 802.16e-2005支持城域網（MAN）范圍內的移動高速互聯網接入，使用正交頻分復用接入（OFDMA）和多輸入多輸出（MIMO）技術等高級信號處理方案。WiMAX 802.16e-2005作為一種固定無線技術，將在新網絡實施以及新興市場上扮演重要角色。

　　隨著半導體技術和信號處理技術的進步，無線標準和系統本身也在不斷發展。這就需要一個可以提供較寬處理帶寬，具有產品及時面市優勢的靈活硬件平臺來滿足這些需求。Altera 的可編程邏輯器件（PLD）提供 高性能 產品組合以及低成本FPGA，結合低成本HardCopy? ASIC無風險移植技術，為無線基礎設施設計提供所需的處理帶寬和靈活性。為縮短產品面市時間，Altera 還提供多種知識產權 （IP）、參考設計，以及來自Altera無線支撐系統的合作伙伴現成解決方案。

　　（2）廣播（高清晰（HD）視頻攝像機、視頻會議設備和演播室調音臺）

　　電視廣播正在由模擬向數字轉換，為廣播設備生產商、電視廣播公司和寬帶服務提供商帶來了新的商業機遇。而且，互聯網協議電視（IPTV）和移動電視等新的節目內容傳送方式也在不斷發展中，并迅速開始實施。數字高清晰（HD）節目內容的普及使得HD電視機消費用戶的數量創下了新記錄。實現這一切的基礎在于能否提高音頻/視頻質量，降低比特率，并減小傳送成本，以滿足越來越迫切的需求。為了能夠在競爭中脫穎而出，設備生產商在其視頻產品和傳送設備中采用了Altera領先于市場的解決方案。Altera提供豐富的可編程器件以及HardCopy ASIC，具有經過優化的廣播知識產權（IP）內核、功能強大的設計軟件以及各種開發套件，幫助您建立使用方便的全套廣播系統。

　　Altera視頻工作臺高度集成了IP、設計工具和硬件，幫助視頻系統設計人員：

　　a.完成1080p HD、4K以及更高分辨率的多通道視頻處理功能

　　b.采用經過硬件驗證的可定制參考設計縮短設計周期

　　c.在硬件中高效的集成定制視頻處理功能

　　d.避免了采用高成本的外部PHY和時鐘元器件，例如，DisplayPort、高清晰多媒體接口（HDMI）和壓控振蕩器（VCXO）等使用的元器件。

　　e.解決存儲器子系統和相關帶寬等難題

　　f.采用一系列調試、監視、仿真和分析工具，簡化開發工作。

　　g.在一個硬件平臺上滿足多種設備需求，從而提高工作效率。

　　很多設備生產商和系統集成商在大量的應用中成功采用了Altera視頻工作臺，例如：

　　a.前端：視頻傳送、Edge-QAM、SMPTE 2022 IP承載視頻，等。

　　b.演播：后期制作、采集、攝像機、轉換器、路由器，等。

　　c.專業音頻和視頻：視頻會議或者遠程監控、Ethernet AVB、數字簽名，等。

　　d.數字影院：投影機、視頻處理、JPEG2K、H.264 CODEC，等。

　　（3）固網
?

　　固網的發展非常迅速，接入網融合了多種服務，支持語音、視頻和數據傳送。創新的接入技術需要靈活的平臺以迅速實現解決方案，而大批量應用市場則需要低成本解決方案。在接入設備中使用Altera的低成本可編程邏輯和HardCopy? ASIC是實現量產的快速無風險途徑。接入網流量的大幅度增長導致對高性能芯片和接口技術的迫切需求。Altera的28-nm Stratix V FPGA和HardCopy V ASIC針對高端通信應用進行了優化，并著重提供豐富的存儲器，支持串行接口體系結構。

　　——電子發燒友網原創，轉載請注明出處！??！

　　3 Cyclone V系列：低成本、低功耗不二選擇

　　3.1 Cyclone V系列 FPGA芯片基本描述

　　Cyclone V FPGA為工業、無線、固網、廣播和消費類應用提供市場上系統成本最低、功耗最低的FPGA解決方案。該系列集成了豐富的硬核知識產權（IP）模塊，幫助您以更低的系統總成本和更短的設計時間完成更多的工作。Cyclone V系列中的SoC FPGA實現了獨特的創新技術，例如，以硬核處理器系統（HPS）為中心，采用了雙核ARM CortexTM-A9 MPCoreTM處理器，以及豐富的硬件外設，從而降低了系統功耗和成本，減小了電路板面積?；久枋鋈缦拢?/p>

　　（1）28nm FPGA實現了業界最低系統成本和功耗

　?。?）三種型號：僅邏輯、3G收發器和5G收發器。

　?。?）與前幾代產品相比，總功耗降低了40%，靜態功耗降低了30%。

　　（4）豐富的硬核IP模塊，提高了集成度。

　　3.2 Cyclone V系列 FPGA芯片市場優勢

　　Altera公司28nm Cyclone V FPGA是目前市場上功耗最低、成本最低的28nm FPGA。該系列通過集成，前所未有的同時實現了高性能、低系統成本和低功耗，非常適合工業、無線、固網、軍事和汽車等市場應用。Cyclone V系列完成了Altera的28nm定制系列產品的全系列發售，提供多種器件以滿足用戶的各類設計需求——從最大帶寬到最低功耗。

　?。?）Cyclone V系列采用了TSMC的28nm低功耗（28LP）工藝進行開發，滿足了目前大批量低成本應用對最低功耗、最低成本，以及最優性能水平的需求。

　?。?）與前幾代產品相比，該系列總功耗降低了40%，靜態功耗降低了30%。Cyclone V FPGA提供功耗最低的串行收發器，每通道在5 Gbps時功耗只有88mW，處理性能高達4，000-MIPS，而功耗不到1.8W。

　?。?）此外，該系列集成了豐富的硬核知識產權模塊，例如，支持400MHz DDR3和PCI Express Gen2硬核IP模塊的多功能硬核存儲器控制器等，幫助工程師降低系統成本和功耗，縮短設計時間，同時突出產品優勢。

　?。?）為保護寶貴的IP投入，該系列還提供最全面的設計保護功能，包括支持易失和非易失密鑰的256位高級加密標準（AES）。

　　（5）降低了成本——FPGA只需要兩路電源穩壓器電壓，提供具有小外形封裝選擇的線鍵合封裝。

　　（6）業界評價

　　使用Altera公司28nm Cyclone V FPGA，工程師用戶可以充分發揮業界最全系列產品的優勢，滿足其獨特的性能、功耗和成本系統需求。提高集成度、增強性能、降低功耗等技術要求越來越高，而對產品快速面市的要求也越來越復雜，因此，Cyclone V系列是低成本、大批量市場最合適的解決方案。

　　3.3 Cyclone V系列 FPGA芯片型號對比

　　Cyclone V系列FPGA型號共六種，包括Cyclone V E FPGA、Cyclone V GX FPGA、Cyclone V GT FPGA、Cyclone V SE SoC FPGA、Cyclone V SX SoC FPGA、Cyclone V ST SoC FPGA。具體型號說明及相關參數對比詳見表1、表2及表3：

　　表1 Cyclone V系列FPGA型號描述

　　表2 Cyclone V系列不同型號FPGA乘法器數量對比

　　表3 Cyclone V系列不同型號FPGA的內存容量及其分布對比

　　縱觀表1、表2和表3可知：根據Cyclone V系列六大型號FPGA的具體描述以及各種參數對比，不難看出Altera的Cyclone V FPGA系列對于在協議橋接、電機控制、廣播和手持式設備等對低功耗和電路板空間要求較高的應用上是理想的選擇。因此，FPGA工程師便可根據具體需求來選擇適合自己的Cyclone V FPGA型號芯片。

　　3.4 Cyclone V系列 FPGA芯片典型應用

　　采用Cyclone V FPGA，能夠滿足工程師用戶大批量應用所需要的功耗、成本和性能要求，這些應用包括協議橋接、電機控制驅動、廣播視頻轉換器和采集卡，以及手持式設備等。

　　應用舉例：采用Arria V和Cyclone V精度可調DSP模塊實現高性能DSP應用

　　目前市場上的很多高級應用都有高精度和可變精度要求，實現復雜數字信號處理（DSP）功能的難度很大。Altera創新的精度可調DSP模塊不但支持高性能信號處理功能，而且還滿足了信號處理設計特有的精度要求。

　　本資料為視頻資料，可點擊此鏈接查看：http://www.altera.com.cn/education/webcasts/all/wc-2011-complex-dsp-variable-precision.html

　　通過此視頻，我們可以了解到28nm Arria V和Cyclone V FPGA中的精度可調DSP模塊。具體有如下三點：

　　（1）DSP設計發展趨勢，以及高級應用的精度要求。

　　（2）DSP模塊增強功能，幫助您提高性能，節省資源。

　?。?）使用DSP模塊高效實現單精度和雙精度浮點運算。

　——電子發燒友網原創，轉載請注明出處?。。?/strong>