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

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

非同期レジスターを削除し、パイプライン・ステージを追加した後、高速転送の詳細レポートは、ショートパスとロングパスの条件がさらなる最適化を制限することを示唆しています。この例では、最長パスがこの特定のクロックドメインのfMAXを制限します。パフォーマンスを向上させるには、次の手順に従って、このクロックドメインの最長パスの長さを短くします。
  1. ロングパス情報を表示するには、早送り詳細レポートのCritical Chain Detailsタブをクリックします。このパスに関するロジックの構造を確認し、関連するRTLコードを検討してください。このパスには、node.vファイルのnodeモジュールが含まれます。クリティカル・パスは、いくつかのコンパレータの一部であるレジスターdata_hiおよびdata_loの計算に関連しています。

    以下に、このパスの元のRTLを示します。

    always @(*)
  begin : comparator
    if(data_a < data_b) begin
      sel0 = 1'b0; // data_a : lo / data_b : hi
    end else begin
      sel0 = 1'b1; // data_b : lo / data_a : hi
    end
  end

always @(*)
    begin : mux_lo_hi
        case (sel0)
            1'b0 :
            begin
                if(LOW_MUX == 1)
                    data_lo = data_a;
                if(HI_MUX == 1)
                    data_hi = data_b;
            end
            1'b1 :
            begin
                if(LOW_MUX == 1)
                    data_lo = data_b;
                if(HI_MUX == 1)
                    data_hi = data_a;
            end
            default :
            begin
                data_lo = {DATA_WIDTH{1'b0}};
                data_hi = {DATA_WIDTH{1'b0}};
            end
        endcase
    end

    コンパイラーは、このRTLから次のロジックを推測します。

    • sel0信号を作成するコンパレーター
    • data_hiおよびdata_lo信号を作成する1組のマルチプレクサー（次の図に示すように）。
    図 99. ノード・コンポーネントの接続
  2. nodeモジュールをインスタンス化するpixel_network.vファイルを確認します。 nodeモジュールの出力は、使用しないと接続されません。これらの接続されていない出力では、 LOW_MUXまたはHI_MUXコードは使用されません。次の例に示すように、マルチプレクサを推測するのではなく、ビットごとの論理演算を使用してdata_hiおよびdata_lo信号の値を計算します。 
    reg [DATA_WIDTH-1:0] sel0;

always @(*)
  begin : comparator
    if(data_a < data_b) begin
      sel0 = {DATA_WIDTH{1'b0}}; // data_a : lo / data_b : hi
    end else begin
      sel0 = {DATA_WIDTH{1'b1}}; // data_b : lo / data_a : hi
 end
	
 data_lo = (data_b & sel0) | (data_a & sel0);
 data_hi = (data_a & sel0) | (data_b & sel0);
end
  3. もう一度、デザインをコンパイルして、Fast Forward Detailsレポートを表示します。パフォーマンスの向上は推定値と同様であり、ショートパスとロングパスの組み合わせは、それ以上のパフォーマンスを制限しません。このステップの後、論理ループのみがさらなるパフォーマンスを制限します。
    図 100. 最適化されたショートパスおよびロングパス条件
    注: 前の手順を完了する代わりに、これらの変更を既に含むMedian_filter_<version>/Final/median.qpfプロジェクトファイルを開いてコンパイルし、結果を確認できます。
レベル 2 の表題