インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー高性能デザイン・ハンドブック

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ID 683353
日付 11/04/2019
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. インテル® Hyperflex™ HyperFlex FPGAアーキテクチャーの概要 2. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーRTLデザイン・ガイドライン 3. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー・デザインのコンパイル　 4. デザイン例ウォークスルー 5. リタイミングの制限と対処方法 6. 最適化の例　 7. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーの移植ガイドライン 8. 付録 9. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー高性能デザイン・ハンドブック 10. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー高性能デザイン・ハンドブック
1. インテル® Hyperflex™ HyperFlex FPGAアーキテクチャーの概要 x
1.1. インテル® Hyperflex™ 基本的なデザインコンセプト
2. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーRTLデザイン・ガイドライン x
2.1. 高速デザイン手法 2.2. Hyper-Retiming（レジスター移動を容易にする） 2.3. Hyper-Pipelining（​​パイプライン・レジスターの追加）　 2.4. Hyper-Optimization （RTLの最適化）
2.1. 高速デザイン手法 x
2.1.1. 高速ターゲットを設定する 2.1.2. 実験と反復 2.1.3. 独自にコンポーネントをコンパイルする 2.1.4. サブモジュールの最適化 2.1.5. ブロードキャスト信号を避ける
2.1.1. 高速ターゲットを設定する x
2.1.1.1. 速度とタイミング収束 2.1.1.2. スピードとレイテンシー
2.2. Hyper-Retiming（レジスター移動を容易にする） x
2.2.1. リセット戦略 2.2.2. クロックイネーブルの戦略 2.2.3. 合成属性 2.2.4. タイミングの検討事項 2.2.5. クロック同期の戦略 2.2.6. 準安定シンクロナイザ 2.2.7. 初期のパワーアップ条件 2.2.8. RAMおよびDSPを介したリタイミング
2.2.1. リセット戦略 x
2.2.1.1. 非同期リセットを削除する 2.2.1.2. グローバル・クロック・ツリーでの同期リセット 2.2.1.3. I/Oポートの同期リセット 2.2.1.4. 重複およびパイプライン同期リセット
2.2.2. クロックイネーブルの戦略 x
2.2.2.1. ローカライズされたクロック・イネーブル 2.2.2.2. 高いファンアウト・クロック・イネーブル 2.2.2.3. タイミング例外を使用したクロックイネーブル
2.2.4. タイミングの検討事項 x
2.2.4.1. マルチサイクル･パスの最適化 2.2.4.2. 過剰制約
2.2.7. 初期のパワーアップ条件 x
2.2.7.1. 初期条件の指定 2.2.7.2. 初期条件とリタイミング 2.2.7.3. 初期条件とHyper-Registers 2.2.7.4. リセット・シーケンスのリタイミング
2.2.7.3. 初期条件とHyper-Registers x
2.2.7.3.1. 同期開始システムクロック・ゲーティングの例 2.2.7.3.2. クロックのゲートの実装
2.3. Hyper-Pipelining（​​パイプライン・レジスターの追加）　 x
2.3.1. 従来のパイプライン化とHyper-Pipelining処理の比較 2.3.2. パイプライニングとレイテンシー 2.3.3. 複数サイクルの例外の代わりにレジスターの使用
2.3.2. パイプライニングとレイテンシー x
2.3.2.1. 可変レイテンシーのロケーションでのパイプライン化　 2.3.2.2. 自動パイプライン挿入　
2.3.2.1. 可変レイテンシーのロケーションでのパイプライン化　 x
2.3.2.1.1. レイテンシー・インセンシティブのフォールスパスの指定　
2.3.2.2. 自動パイプライン挿入　 x
2.3.2.2.1. ステップ1：可変レイテンシー・モジュールを作成する 2.3.2.2.2. ステップ2：可変レイテンシー・モジュールのインスタンス化 2.3.2.2.3. ステップ3：自動パイプライン挿入オプションを確認する 7047834648 2.3.2.2.4. （オプション）可変レイテンシー・モジュールなしの自動パイプライン挿入
2.4. Hyper-Optimization （RTLの最適化） x
2.4.1. 一般的な最適化手法 2.4.2. 特定のデザイン構造の最適化
2.4.1. 一般的な最適化手法 x
2.4.1.1. Shannonの分解 2.4.1.2. タイムドメインの多重化 2.4.1.3. ループ・アンローリング 2.4.1.4. ループ・パイプライン 2.4.1.5. 事前計算
2.4.1.1. Shannonの分解 x
2.4.1.1.1. Shannonの分解例 2.4.1.1.2. Shannonの分解のための回路の特定
2.4.1.4. ループ・パイプライン x
2.4.1.4.1. ループ・パイプライン理論 2.4.1.4.2. ループ・パイプラインにおデモ 2.4.1.4.3. ループ・パイプラインおよび合成の最適化
2.4.2. 特定のデザイン構造の最適化 x
2.4.2.1. 高速クロック・ドメイン 2.4.2.2. ループの再構築 2.4.2.3. コントロール信号のバックプレッシャー 2.4.2.4. FIFOステータス信号によるフロー・コントロール 2.4.2.5. スキッドバッファーを使用したフロー制御 2.4.2.6. リード・モディファイ・ライトのメモリー 2.4.2.7. カウンターとアキュムレーター 2.4.2.8. ステートマシン 2.4.2.9. メモリー 2.4.2.10. DSPブロック 2.4.2.11. 一般ロジック 2.4.2.12. モジュラスと除算 2.4.2.13. リセット 2.4.2.14. ハードウェアの再利用 2.4.2.15. アルゴリズム要件 2.4.2.16. FIFO 2.4.2.17. 三元加算器
2.4.2.1. 高速クロック・ドメイン x
2.4.2.1.1. クロック・ネットワークの視覚化 2.4.2.1.2. Fitter Reportでのクロックネットワークの表示 2.4.2.1.3. TimeQuestでのクロックの表示
2.4.2.9. メモリー x
2.4.2.9.1. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーのデュアル・ポート・メモリー 2.4.2.9.2. シンプル・デュアル・ポート・メモリー 2.4.2.9.3. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーのシンプル・デュアル・ポート・メモリーの例 2.4.2.9.4. メモリー混合ポート幅比制限 2.4.2.9.5. レジスターされないRAM出力
3. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー・デザインのコンパイル　 x
3.1. Design Assistantを使用したデザイ・ンルール・チェック
3.1. Design Assistantを使用したデザイ・ンルール・チェック x
3.1.1. コンパイル中のDesign Assistantの実行 3.1.2. 解析モードでのDesign Assistantの実行 3.1.3. ハイパーリタイマーの準備ルール　
3.1.2. 解析モードでのDesign Assistantの実行 x
3.1.2.1. Design Assistantからのクロスプローブ 3.1.2.2. Chip PlannerからのDesign Assistantの実行 3.1.2.3. Timing AnalyzerからDesign Assistantを実行
4. デザイン例ウォークスルー x
4.1. メジアンフィルタのデザイン例
4.1. メジアンフィルタのデザイン例 x
4.1.1. ステップ1：基本デザインのコンパイル 4.1.2. ステップ2：パイプライン・ステージを追加し、非同期リセットを削除する 4.1.3. ステップ3：パイプライン・ステージを追加して、すべての非同期リセットを削除する 4.1.4. ステップ4：ショートパスとロングパスの条件を最適化する
5. リタイミングの制限と対処方法 x
5.1. dont_merge合成属性の設定　 5.2. クリティカル・チェインレポートの解釈
5.2. クリティカル・チェインレポートの解釈 x
5.2.1. Insufficient Registers 5.2.2. Short Path/Long Path 5.2.3. Fast Forwardの制限 5.2.4. ループ 5.2.5. クロックドメインごとに1つのクリティカル・チェイン 5.2.6. 関連するクロックグループのクリティカル・チェイン 5.2.7. 複雑なクリティカル・チェイン 5.2.8. 配置可能ノードの拡張 5.2.9. ドメイン境界エントリとドメイン境界出口 5.2.10. デュアル・クロック・メモリーを備えたクリティカル・チェイン 5.2.11. クリティカル・チェインビットとバス 5.2.12. ディレイライン
5.2.1. Insufficient Registers x
5.2.1.1. Insufficient Registersの例 5.2.1.2. Insufficient Registersの最適化 5.2.1.3. デュアル・クロック・メモリーを備えたクリティカル・チェイン
5.2.2. Short Path/Long Path x
5.2.2.1. Hyper-Registerの位置が使用不可能 5.2.2.2. 保留最適化の例 5.2.2.3. ショートパス/ロングパスの最適化 5.2.2.4. レジスターの追加 5.2.2.5. 重複する共通ノード 5.2.2.6. データとコントロール・プレーン
5.2.3. Fast Forwardの制限 x
5.2.3.1. パス制限の最適化
5.2.4. ループ x
5.2.4.1. クリティカル・チェインを制限するループの例
6. 最適化の例　 x
6.1. ラウンド・ロビン・スケジューラ
7. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーの移植ガイドライン x
7.1. デザインの移行とパフォーマンスの調査 7.2. トップレベル・デザインの考慮事項
7.1. デザインの移行とパフォーマンスの調査 x
7.1.1. Verilog HDLモジュールのブラックボックス化 7.1.2. VHDLモジュールのブラックボックス化 7.1.3. クロック管理 7.1.4. ピン･アサインメント 7.1.5. トランシーバー・コントロール・ロジック 7.1.6. 期限の切れたIPコアのアップグレード
8. 付録 x
8.1. 付録A：パラメーター化可能パイプライン・モジュール 8.2. 付録B：クロックの有効化とリセット
8.2. 付録B：クロックの有効化とリセット x
8.2.1. 同期リセットと制限 8.2.2. クロックイネーブルを使用したリタイミング 8.2.3. Resolving Short Paths
8.2.1. 同期リセットと制限 x
8.2.1.1. 同期リセットのサマリ
8.2.2. クロックイネーブルを使用したリタイミング x
8.2.2.1. 放送コントロール信号の例
1. インテル® Hyperflex™ HyperFlex FPGAアーキテクチャーの概要
2. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーRTLデザイン・ガイドライン
3. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー・デザインのコンパイル　
4. デザイン例ウォークスルー
5. リタイミングの制限と対処方法
6. 最適化の例　
7. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャーの移植ガイドライン
8. 付録
9. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー高性能デザイン・ハンドブック
10. インテル® Hyperflex™ アーキテクチャー高性能デザイン・ハンドブック

2.1.1.2. スピードとレイテンシー

高いクロックレートでFPGAを実行すると、同じリソースでより多くの作業が可能になります。次の表は、バス幅が増加するにつれて各種の回路の成長率を示しています。回路機能は、バス幅の関数としてエリアの大きなO表記をlog（N）の準線形からN * Nの超線形までインターリーブします。
表 2.  バス幅がエリアに及ぼす影響
  Circuit Function
Bus Width (N) log N Mux ripple add N * log N barrel shift Crossbar N * N
16 4 5 16 64 64 80 256
32 5 11 32 160 160 352 1024
64 6 21 64 384 384 1344 4096
128 7 43 128 896 896 5504 16384
256 8 85 256 2048 2048 21760 65536

通常、回路部品はバス幅が2倍になると2倍以上の面積を使用します。マルチプレクサのような単純な回路の場合、バス幅が増加するにつれて、エリアは部分的に直線的に増加します。マルチプレクサのバス幅を半分にすると、リニアエリアのメリットがわずかに低下します。リップル加算器は、バス幅が増加すると直線的に増加します。

バレルシフターやクロスバーなどのより複雑な回路は、バス幅が増加するにつれて超直線的に成長します。バレルシフター、クロスバー、またはその他の複雑な回路のバス幅を半分にカットすると、エリアのメリットは半分よりも大幅に改善され、二次的な速度に近づきます。すべての入力がすべての出力に影響を及ぼすコンポーネントの場合、バス幅を大きくすると二次的な成長が起こる可能性があります。そのため、ハーフ幅のバスで作業するスピードアップを使用すると、元のエリアの半分以下のデザインが生成されることが期待されます。

ストリーミング・データパスを扱う場合、レジスターの数はパイプラインのレイテンシーをビット単位で公平に近似したものです。幅を半分にすると、レイテンシーに悪影響を与えずにパイプライン・ステージの数を2倍にすることができます。一般に、より速く進むために必要な追加のレジスターの量は、2倍より大幅に少なく、レイテンシーの性能を生み出します。

レベル 2 の表題