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 10/04/2021
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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™ 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™ 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. コンポーネントを独立してコンパイルする 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. 合成中のレジスターの保持 2.2.4. タイミングの検討事項 2.2.5. クロックイネーブルの戦略 2.2.6. 準安定シンクロナイザー 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
2.2.5. クロックイネーブルの戦略 x
2.2.5.1. クロックドメイン交差制約ガイドライン
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. クロックのゲートの実装 2.2.7.3.2. 初期条件の インテル® Quartus® Primeの設定
2.3. Hyper-Pipelining（​​パイプライン・レジスターの追加）　 x
2.3.1. 従来型とHyper-Pipelining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. 三進加算器
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. サブモジュールを独立してコンパイルする 3.2. Design Assistantのデザインルールチェック
3.2. Design Assistantのデザインルールチェック x
3.2.1. コンパイル中のDesign Assistantの実行 3.2.2. 解析モードでのDesign Assistantの実行 3.2.3. ハイパーリタイマーの準備ルール
3.2.2. 解析モードでのDesign Assistantの実行 x
3.2.2.1. Design Assistantからのクロスプローブ 3.2.2.2. Chip PlannerからのDesign Assistantの実行 3.2.2.3. 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. メジアンフィルターのデザイン例
4.1. メジアンフィルターのデザイン例 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. ショートパス/ロングパス 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・チェーン 5.2.6. 関連するクロックグループのクリティカル・チェーン 5.2.7. 複雑なクリティカル・チェーン 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・チェーン 5.2.11. クリティカル・チェーン・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・チェーン
5.2.2. ショートパス/ロングパス x
5.2.2.1. Hyper-Registersの位置が見つからない 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・チェー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・スケジュラー
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. 最短経路の解決
8.2.1. 同期リセットと制限 x
8.2.1.1. 非同期リセット入力。
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 リタイミング例
1. インテル® 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

8.2.2.1. 放送コントロール信号の例

多くの宛先にファンアウトするブロードキャスト・コントロール信号はリタイミングを制限します。非同期クリアは、特定のレジスターコントロール信号のシリコンサポートによるリタイミングを制限する可能性があります。しかし、同期クリアおよびクロックイネーブルなどの同期信号であっても、ショートパス/ロングパス・クリティカル・チェーンの一部である場合にリタイミングを制限することができます。同期コントロール信号の使用自体は限定的な理由ではありません。むしろ、特定の配置と組み合わされた回路の構造です。

レジスターをノード上で転送するには、すべてのノードの入力でレジスターを使用できる必要があります。この要件は、従来のリタイミングとHyper-Retimingと同じです。次の図のレジスターBを介してレジスターAをリタイムするには、クロックイネーブル入力のレジスターCを含むすべての入力からレジスターをプルする必要があります。さらに、レジスターが分岐点の片側にリタイミングされる場合、レジスターのコピーは分岐点のすべての側でリタイミングされなければなりません。この要件は、従来のリタイミングとHyper-Retimingと同じです。

図 139. クロックイネーブルによるリタイミング


レジスターBのクロックイネーブル入力には分岐点があります。分岐点は、クロックイネーブル以外の他のデスティネーションへの追加のファンアウトから構成されています。レジスターAをレジスターB上でリタイムするには、前の図と同じですが、分岐点が存在するということは、レジスターCのコピーが分岐点の反対側に沿ってリタイミングしてCをレジスターする必要があることを意味します。

図 140. ブランチポイントによるクロックイネーブルによるリタイミング


リタイミング例

以下の図は、前の2つのステップを組み合わせて、ブロードキャスト・クロック・イネーブル信号または分岐点の存在下での順方向Hyper-Retimingプッシュのプロセスを示しています。

図 141. リタイミング例開始点Hyper-Retimingは、リタイミングされたレジスターをHyper-Registerに移動できます。

各レジスターのクロックイネーブルには、その入力に1つのHyper-Register位置があります。配置配線のために、レジスター間パスには3つのHyper-Register位置が含まれます。異なるコンパイルには、より多くのまたはより少ない数のHyper-Registerの位置が含まれる可能性があります。さらに、このチェーンへのデータおよびクロックイネーブル入力には、Hyper-Retimingがリタイミングできるレジスターがあります。これらのレジスターはRTLに存在するか、またはPipeline Stagesのセクションで説明されているオプションで定義できます。

入力レジスターの1つのステージは、2つのレジスター間のHyper-Register位置にリタイムされます。 図 142はHyper-Retimingフォワードプッシュの一部を示しています。クロックイネーブル入力上のレジスターの1つは、各クロックイネーブル入力でHyper-Register位置にコピーされて、分岐点上でリタイミングされます。

図 142. リタイミング例中間点


図 143 Hyper-Retimingが順方向プッシュを完了した後の回路内のレジスターの位置を示します。左レジスターの入力にある2つのレジスターは、Hyper-Register位置にリタイムされます。この図は、2つの前の図と機能的に同等です。第2のレジスターのクロックイネーブル入力における1つのHyper-Register位置は占有されたままです。 2番目のレジスターへのクロックイネーブルパスには他のHyper-Registerの位置はありませんが、リタイミングすることができる入力にはまだ1つのレジスターがあります。

図 143. リタイミング例終了点

図 144はショートパス/ロングパス・クリティカル・チェーンによって制限されない場合、Hyper-Retimingが使用できるレジスターの位置を示しています。ただし、右側のクロックイネーブルパスでHyper-Registerを使用できないため、Hyper-Retimingは図のように回路をリタイムすることができません。

図 144. リタイミング例リミット条件

2番目のレジスターへのクロックイネーブルパスには使用可能なHyper-Registerの位置がないため、Compilerはこれをショートパスとして報告します。レジスターからレジスターへのパスが報告されたパフォーマンスより上で動作するには長すぎるため、リタイミングされたレジスターに対してより多くの使用可能なHyper-Register位置を有するが、Compilerはこれをロングパスとして報告しまし。

この例では、ショートパス/ロングパス・クリティカル・チェーンの構造を意図的に簡単に示しています。実際には、2ファンアウトの負荷は回路のクリティカル・チェーンではありません。ただし、ブロードキャストコントロール信号は、ファンアウトが高いため、クリティカル・チェーンになる可能性があります。そのため、構造を回避または書き直すための手順を実行する必要があります。

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