インテル® FPGA Power and Thermal Calculator ユーザーガイド

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ID 683445
日付 3/31/2023
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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® FPGA Power and Thermal Calculator の概要 2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator での消費電力の見積もり 3. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator のグラフィカル・ユーザー・インターフェイス 4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator のページ 5. インテル® FPGA PTC の精度に影響する要素 6. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator ユーザーガイドのアーカイブ 7. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator ユーザーガイド改訂履歴 A. 静的消費電力の測定
1. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator の概要 x
1.1. インテル FPGA Power and Thermal Calculator の入手方法 1.2. インテル® FPGA PTC 電力モデルのステータス 1.3. このドキュメントで使用されている消費電力に関する用語の定義
2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator での消費電力の見積もり x
2.1. FPGA の設計開始前における消費電力の見積もり 2.2. FPGA デザイン作成中の消費電力の見積もり 2.3. FPGA デザイン完成後の消費電力の見積もり 2.4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator でのデザイン階層の使用 2.5. デュアルコア・デバイスに向けた消費電力の見積もり
2.2. FPGA デザイン作成中の消費電力の見積もり x
2.2.1. インテル® Quartus® Prime Power Analyzer で生成された .qptc ファイルをインポートする場合
2.4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator でのデザイン階層の使用 x
2.4.1. インテル® FPGA PTC への階層情報の入力 2.4.2. インテル® FPGA PTC における階層のエクスポート、インポート、複製、名前変更、および削除
3. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator のグラフィカル・ユーザー・インターフェイス x
3.1. インテル® FPGA PTC の Select Family ダイアログボックス 3.2. インテル® FPGA PTC の主な GUI コンポーネント 3.3. データ入力ページからの行の削除 3.4. インテル® FPGA PTC - IP Wizard
3.2. インテル® FPGA PTC の主な GUI コンポーネント x
3.2.1. インテル® FPGA PTC のデータ入力ページ 3.2.2. インテル® FPGA PTC の Hierarchy Manager 3.2.3. インテル® FPGA PTC のフィールドタイプ 3.2.4. インテル® FPGA PTC のデータ入力エラーメッセージ
3.2.3. インテル® FPGA PTC のフィールドタイプ x
3.2.3.1. インテル® FPGA PTC の入力フィールドの依存関係
4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator のページ x
4.1. インテル® FPGA PTC - Power Summary/Navigation 4.2. インテル® FPGA PTC - 共通のページ要素 4.3. インテル® FPGA PTC - Main ページ 4.4. インテル® FPGA PTC - Logic ページ 4.5. インテル® FPGA PTC - RAM ページ 4.6. インテル® FPGA PTC - DSP ページ 4.7. インテル® FPGA PTC - Clock ページ 4.8. インテル® FPGA PTC - PLL ページ 4.9. インテル® FPGA PTC - I/O ページ 4.10. インテル® FPGA PTC - Transceiver ページ 4.11. インテル® FPGA PTC - HPS ページ 4.12. インテル® FPGA PTC - Crypto ページ 4.13. インテル FPGA PTC - NOC ページ 4.14. インテル® FPGA PTC - HBM ページ 4.15. インテル® FPGA PTC - Thermal ページ 4.16. インテル® FPGA PTC - Report ページ
4.3. インテル® FPGA PTC - Main ページ x
4.3.1. インテル® FPGA PTC - Device Selection ウィンドウと Thermal Analysis ウィンドウ
4.10. インテル® FPGA PTC - Transceiver ページ x
4.10.1. インテル Power and Thermal Calculator での E タイルチャネルの PLL 消費電力の見積もり
5. インテル® FPGA PTC の精度に影響する要素 x
5.1. トグルレート 5.2. I/O バンクの割り当て
1. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator の概要
2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator での消費電力の見積もり
3. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator のグラフィカル・ユーザー・インターフェイス
4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator のページ
5. インテル® FPGA PTC の精度に影響する要素
6. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator ユーザーガイドのアーカイブ
7. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator ユーザーガイド改訂履歴
A. 静的消費電力の測定

4.15. インテル® FPGA PTC - Thermal ページ

インテル® FPGA Power and Thermal Calculator (PTC) の Thermal データ入力ページでは、デザインの温度要件を入力することができます。また、熱消費電力および熱解析の情報が表示されます。
注: 正しい消費電力と熱の計算を行うために、デザインおよびすべての入力値が正確かつ正しく入力されていることを確認してください。

Intel Agilex® 7 デバイスの Thermal ページ

Main ワークシートで、Power Characteristics が Maximum に設定されていることを確認し、Main または Thermal ページで、希望する Calculation mode をドロップダウン・メニューから選択します。

図 43.  インテル® FPGA Power and Thermal Calculator の Thermal ページ ( Intel Agilex® 7)


上の図で、入力パラメーターは青で囲まれ、レポートフィールドは赤で囲まれています。

表 28.  入力パラメーター情報
パラメーター 詳細
Calculation Mode 使用する熱解析ソルバーの計算モードを指定します。利用可能な選択肢は次のとおりです。
  • Use a constant junction temperature - インテル® FPGA PTC は、ダイ全体で均一の温度を想定します。

    このモードを選択すると、Main ページまたは Thermal ページでジャンクション温度を入力することができます。

    注: Use a constant junction temperature モードで計算される消費電力は、使用時の実際の消費電力を表すものではありません。通常の動作時に、ダイのすべてのコンポーネントが均一な温度になることはほぼありません。実際の内容により近い消費電力を得るには、熱計算機を利用する他の計算モードを使用します。
  • Find cooling solution for maximum junction temperature limit - インテル® FPGA PTC は、指定されている TJ を超えるダイはないものと想定し、Tcase、冷却ソリューション ΨCA、およびすべてのダイの消費電力を求めます。

    このモードを選択する場合は、最大 TJ と周囲温度の値を入力します。

  • Find available thermal margin for cooling solution - FPGA PTC は、既知の冷却ソリューションと周囲温度の熱パラメーターを見つけます。

    このモードを選択する場合は、周囲温度と ΨCA の値を入力します。

  • Find ambient temperature for specified cooling solution - PTC は、特定の冷却ソリューションと TJ に必要な周囲温度を求めます。

    このモードを選択する場合は、デザインに適した ΨCA と 最大 TJ を入力します。

注: 定数ではない計算モードを選択できるようにするには、Main ページの Device selection グループボックスにある Power characteristics フィールドを Maximum に設定している必要があります。
Apply Additional Margin

詳細な熱解析結果に適用する追加マージンの量をパーセンテージで指定します。

デフォルト値は 0% です。有効な値は 0% から 25% です。 Intel Agilex® 7 デバイスに推奨されるマージンは 10% です。

マージンの電力に関する追加ガイダンスが必要な場合は、インテルのフィールド・アプリケーション・エンジニア (FAE) にご相談ください。

注:
  1. 0 以外のマージンを設定すると、Thermal ページの合計消費電力値が インテル® FPGA PTC の他の部分で報告される消費電力よりも高くなります。
  2. 以前のバージョンの インテル® FPGA PTC で Apply Recommended Margin パラメーターが Yes に設定されており、その .ptc ファイルをインポートする場合、現在のバージョンの インテル® FPGA PTC では、Apply Additional Margin の設定が 10% であると解釈されます。
TSD Mode センサー温度を報告する方法を示します。このパラメーターは、最大ジャンクション温度や温度マージンには影響しません。
Junction temperature, TJ (°C)

パッケージ内のすべてのダイのジャンクション温度を指定することができます。

このフィールドは、選択している Calculation mode が Use a constant junction temperature の場合にのみ適用されます。

Ambient Temp, TA (°C) デバイスを冷却している空気の温度を指定することができます。
Max. Junction Temp, TJ-MAX (°C) パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度を指定することができます。
Cooling Solution ΨCA (°C/W) 計算モードに Use a constant junction temperature、Find available thermal margin for cooling solution、または Find ambient temperature for specified cooling solution を選択している場合に、冷却ソリューションを指定することができます。
表 29.  最大 ΨJC と推奨される冷却ソリューション
列の見出し 詳細
Max. ΨJC (°C/W) ψJC は、パッケージ内の各ダイとパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。このフィールドは、推奨される次の ΨCA の値を前提として、すべてのダイの中での最大 ΨJC を示します。
Recommended ambient Temperature TA (°C) TA は、推奨される冷却ソリューションの推奨周囲温度です。
Recommended cooling solution ΨCA (°C/W) ψCA は、パッケージの統合ヒート・スプレッダー (IHS) の中心と周囲温度の間の熱抵抗です。推奨される ΨCA は、冷却ソリューションで可能な最大の熱抵抗であり、ダイのすべての部分が指定されている最大ジャンクション温度を超えないようにするものです。
Total Power (W) 総消費電力です。
表 30.  熱マージンのレポートテーブル
列の見出し 詳細
Die マージンが報告されるダイです。
  • FPGA Core: FPGA コアのマージン
  • HSSI_x_y: 指定されている高速シリアル・インターフェイス (HSSI) ダイのマージン
Power (W) 指定されているダイで消費される熱電力です。熱解析で使用される電力です。
注: Thermal ページに記載されている消費電力は、現時点では悲観的なものです。報告される全体の総電力は、Power Summary ページの合計オンチップ消費電力と一致しません。
Margin Temperature (Δ°C) 指定されているダイの最大 TJ に対する算出温度マージン (°C) です。
Power (ΔW) 最大 TJ に達する前に、指定されているダイに追加可能な電力量 (ワット) です。

温度マージンは、指定されている最大ジャンクション温度 TJ を基準にして計算されます。ソリューションはその最大 TJ に対して計算されるため、1 つまたは複数のダイの温度マージンが 0 になることがあります。算出される電力マージンは、同じ冷却条件を想定し、最大 TJ を超える前に利用可能な電力バッファーを示します。算出される電力値は、最大 TJ に達する前に特定のダイに追加することができる電力の概算値に過ぎません。実際のマージンは、電力が追加される特定のサブシステムによって異なります。電力の増減により、必要な冷却ソリューションが変わることに注意してください。

表 31.  温度ターゲットのレポートテーブル
列の見出し 詳細
Monitor Location 温度が報告されるダイです。
  • Case: FPGA の蓋の中心の温度
  • FPGA Core: FPGA コア上の指定センサーの温度
  • HSSI_x_y: 指定されている高速シリアル・インターフェイス (HSSI) ダイの温度
Sensor 温度を報告するデジタル温度センサー (DTS) またはサーマルダイオード (TD) センサーです。
Temperature Target (°C) システム動作時の対象位置とセンサーの計算温度です。

モニターセンサーは、指定位置のシステム動作時の FPGA 温度を報告します。これらのセンサーは、必ずしもダイ上の最も温度の高い位置にあるとは限らないため、デザインの実際の最大値よりも低い値を報告することがあります。

インテル® Stratix® 10 デバイスの Thermal ページ

図 44.  インテル® FPGA PTC の Thermal ページ ( インテル® Stratix® 10 デバイス)


上の図で、入力パラメーターは青で囲まれ、レポートフィールドは赤で囲まれています。

表 32.  入力パラメーター情報
パラメーター名 詳細
Calculation Mode 使用する熱解析ソルバーの計算モードを指定します。
注: 定数ではない計算モードを選択できるようにするには、Main ページの Device selection グループボックスにある Power characteristics フィールドを Maximum に設定している必要があります。
Apply Additional Margin

詳細な熱解析結果に適用する追加マージンの量をパーセンテージで指定します。

デフォルト値は 0% です。有効な値は 0% から 25% です。 インテル® Stratix® 10 デバイスに推奨されるマージンは 25% です。

マージンの電力に関する追加ガイダンスが必要な場合は、インテルのフィールド・アプリケーション・エンジニア (FAE) にご相談ください。

注:
  1. 0 以外のマージンを設定すると、Thermal ページの合計消費電力値が インテル® FPGA PTC の他の部分で報告される消費電力よりも高くなります。
  2. 以前のバージョンの インテル® FPGA PTC で Apply Recommended Margin パラメーターが Yes に設定されており、その .ptc ファイルをインポートする場合、現在のバージョンの PTC では、Apply Additional Margin の設定が 25% であると解釈されます。
TSD Mode オフセット温度を提供する方法を指定します (サーマルダイオードやデジタル温度検知メカニズムなど)。
Junction temperature, TJ (°C)

パッケージ内のすべてのダイのジャンクション温度を指定します。

このフィールドは、選択している Calculation mode が Use a constant junction temperature の場合にのみ適用されます。

Ambient Temp, TA (°C) デバイスを冷却している空気の温度を指定します。
Max. Junction Temp, TJ-MAX (°C) パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度を指定します。
Cooling Solution ΨCA (°C/W) ψCA は、パッケージの統合ヒート・スプレッダー (IHS) の中心と周囲温度の間の熱抵抗です。推奨される ΨCA は、冷却ソリューションで可能な最大の熱抵抗であり、ダイのすべての部分が指定されている最大ジャンクション温度を超えないようにするものです。
Max. ΨJC (°C/W) ψJC は、パッケージ内の各ダイとパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。このフィールドは、推奨される上記 ΨCA の値を前提として、すべてのダイの中での最大 ΨJC を示します。
表 33.  Temperature (°C)
行の項目 詳細
Max. Junction パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度です。
FPGA Core Junction パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度です。
Case ケース温度です。これは、推奨される上記 ΨCA の値を前提とした統合ヒート・スプレッダーの上部中央の温度です。
Ambient デバイスを冷却している空気の温度です。
表 34.  Power (W)
行の項目 詳細
Total パッケージ内のすべてのダイの総消費電力を提供します。
FPGA Core コアロジックを含むメイン FPGA ダイの総熱消費電力です。推奨される ΨCA の値を前提としています。この消費電力は、推奨される ΨCA の値を前提として、コアダイの実際の温度で報告されます。FPGA コアダイがすべてのダイの中で最も高い温度になる場合 (ホットスポットとも呼ばれます)、この温度は、最大ジャンクション温度に等しくなる場合があります。また、ホットスポットがパッケージの他の部分 (別のダイ) にある場合は、FPGA コアの温度は低くなる場合があります。
Transceiver HSSI_0_0 推奨される ΨCA の値を前提とした HSSI_0_0 の総消費電力です。この消費電力は、推奨される上記 ΨCA の値を前提として、その特定のダイの実際の温度で報告されます。この温度は、特定のダイがホットスポットである場合は、最大のジャンクション温度に等しくなる場合があります。また、ホットスポットがパッケージ内の他の部分にある場合は、低い温度になる場合があります。
注: パッケージ内の各トランシーバー・ダイでは、対応するトランシーバー・タイルでチャネルが使用されておらず、そのタイルのトランシーバー・レール (VCCR_GXB、VCCT_GXB、VCCH_GXB) が接地されている場合でも、少量の静的消費電力が報告されます。これは想定されている結果です。
HSSI_1_0
HSSI_2_0
HSSI_0_1
HSSI_1_1
HSSI_2_1
HBM Top 推奨される ΨCA の値を前提とした HBM TOP または HBM BOT の総熱消費電力です。

この消費電力は、推奨される上記 ΨCA の値を前提として、特定のダイの実際の温度で報告されます。

この温度は、特定のダイがホットスポットである場合は、最大のジャンクション温度に等しくなる場合があります。また、ホットスポットがパッケージ内の他の部分にある場合は、低い温度になる場合があります。
Bot
表 35.  Recommended ψCA (°C/W)
行の項目 詳細
Recommended ψCA (°C/W) パッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心と周囲温度の間の熱抵抗です。テーブルの特定の行の特定のコアの温度を前提としています。各行において、これは、FPGA コアのジャンクション温度が特定の行の特定の値になる ΨCA の値です。
表 36.  ΨJC (°C/W)
行の項目 詳細
FPGA Core メイン FPGA コアダイとパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。推奨される ΨCA の値を前提としています。
Transceiver HSSI_0_0 HSSI_0_0 とパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。推奨される ΨCA の値を前提としています。
HSSI_1_0
HSSI_2_0
HSSI_0_1
HSSI_1_1
HSSI_2_1
HBM TOP HBM TOP または HBM BOT とパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。推奨される ΨCA の値を前提としています。
BOT
表 37.  TSD Offset (°C) ( インテル® Stratix® 10 デバイスのみ)
行の項目 詳細
FPGA Core メイン FPGA コアのホットスポットと、最も高い温度を伴う熱検知ダイオード (TSD) の位置における温度差です。このTSDの温度は、インテル Temperature IP Sense ソフトウェアを使用して報告されます。IP 検知方式を使用して TSD を読み取ると、TSD の位置がすべて読み取られ、その中で最も高い温度が報告されます。
Transceiver HSSI_0_0 対応するトランシーバー・ダイのホットスポットと、最も高い温度を伴う熱検知ダイオード (TSD) の位置における温度差です。この TSD の温度は、インテル Temperature IP Sense ソフトウェアを使用して報告されます。IP 検知方式を使用して TSD を読み取ると、TSD の位置がすべて読み取られ、その中で最も高い温度が報告されます。

FPGA transceiver temperature = FPGA transceiver TSD temperature measured using the IP sense method + Transceiver TSD offset.

インテル Temperature IP Sense ソフトウェアを使用して TSD のオフセットを読み取っていない場合は、インテルのサポート担当に正しい TSD 温度を取得するための対応方法をお問い合わせください。

HSSI_1_0
HSSI_2_0
HSSI_0_1
HSSI_1_1
HSSI_2_1

HSSI_x_y の位置の詳細は、AN 787: Intel® Stratix® 10 Thermal Modeling and Management で、Physical Package Structure の項を参照してください。

上のテーブルでは、メイン FPGA コアダイのジャンクション温度の変化に伴う熱パラメーターと消費電力の変化を示しています。各パラメーターには 3 つの値が提供されます。Design Max 列には、上記の推奨 ΨCA を前提とした FPGA コアの温度およびその他のパラメーターが含まれています。-5°C 列には、FPGA コアの温度が Design Max 列よりも 5°C 低い場合のすべてのパラメーター値が示されます。同様に、+5°C 列には、FPGA コアの温度が Design Max 列よりも 5°C 高い場合のすべてのパラメーター値が示されます。+5°C 列の条件下では、パッケージ内の 1 つのダイの少なくとも一部が要求されている最大ジャンクション温度を超えており、さらにデバイスの最大許容値を超えている可能性があることを理解することが重要です。したがって、+5°C 列の値は、数値流体力学 (CFD) シミュレーションを目的とした消費電力の温度依存性概算としてのみ使用し、それ以外の目的には使用しないでください。

熱暴走などの極端な場合には、+/- 5度で値を計算することができない場合があります。その場合、Thermal ワークシートにはエラーメッセージの ERROR: Could not calculate parameter variation with core temperature. Try adjusting TJ-MAX to obtain temperature-dependent parameters (コアの温度でパラメーターの変動を計算することができませんでした。TJ-MAX を調整し、温度に依存するパラメーターを取得してください) が表示されます。このエラーが発生した際は、上記の推奨 ΨCA の値と他の値はすべて有効ですが、メイン FPGA コアダイのジャンクション温度の変化に伴う熱パラメーターと消費電力の変動を示すテーブルには、一部無効な値が含まれます。エラーテキストが示すように、最大ジャンクション温度を調整することで、FPGA コアの温度範囲が通常の範囲とは異なりますが、熱解析ソルバーでこの依存関係を計算できる場合があります。

関連情報
レベル 2 の表題