Cyclone® IV FPGA

Cyclone® IV FPGA ファミリーは、トランシーバーのオプションによりインテル® Cyclone® FPGA シリーズの低消費電力 FPGA 提供におけるリーダーシップを推進します。大規模、コスト重視のアプリケーションに理想的な Cyclone® IV FPGA ファミリーは、帯域幅要件の高まりに対応します。　 この製品ファミリーは、エッジ中心のアプリケーションやデザインにお勧めします。

関連項目 : FPGA 開発ソフトウェア、デザインストア、ダウンロード、コミュニティー、サポート

Cyclone® IV FPGA

Cyclone® IV GX FPGA

アーキテクチャーは、最大 150K の垂直に配置されたロジックエレメント (LE) を構成します。

Cyclone® IV E FPGA

アーキテクチャーは、最大 115K の垂直に配置されたロジックエレメント (LE) を構成します。

利点

システムコストの最適化

Cyclone® IV FPGA の動作に必要なものは 2 つの電源のみなので、電源供給のネットワークはシンプルになり、ボードスペースやコスト、そして設計時間を削減します。Cyclone® IV FPGA アーキテクチャーの内蔵トランシーバーにより、ボード設計と統合を簡素化することができます。さらに、柔軟なトランシーバーのクロック・アーキテクチャーはトランシーバー・リソースをフルに使用しているときも、複数のプロトコルを実現します。Cyclone® IV GX FPGA の統合および柔軟性により、より小規模で最適なコストのデバイスでの開発が可能になり、システム全体のコストを抑えることができます。

消費電力を低減

最適化された 60nm 低消費電力プロセスで構築された Cyclone® IV E FPGA は、前世代の Cyclone® III FPGA が持つ低消費電力のリーダーシップを推進します。Cyclone® IV E FPGA は、コア電圧を下げることによって、前世代と比較して総消費電力を 25% 低減します。Cyclone® IV GX トランシーバー FPGA により、PCI Express からギガビット・イーサネットへのブリッジを 1.5W 以下の消費電力で実現できます。

インテルの Cyclone® IV FPGA は、最小限消費電力に最適化され、熱要件の対応を助けます。その結果、ポータブル・アプリケーションにおいて冷却システムコストの排除または削減し、バッテリー寿命の延長を実現します。

Cyclone® IV FPGA の消費電力

Cyclone® IV FPGA ファミリーは、電力効率に優れた FPGA の供給においてインテルのリーダーシップを明示します。強化されたアーキテクチャーやシリコン、先進の半導体プロセス技術、消費電力管理ツールにより、Cyclone® IV FPGA は消費電力を、Cyclone® III FPGA と比べ最大 25% 削減します。

以下の図に、Cyclone® IV E デバイスを 85 ℃のジャンクション温度で動作させた場合のスタティック消費電力を示します。最小の Cyclone® IV EP4CE6 デバイスのスタティック消費電力は、85℃でわずか 38mW 、最大の Cyclone® IV EP4CE115 デバイスの場合、 85℃でわずか 163mW です。

低消費電力の利点

プログラマブル・ロジック・デバイスの消費電力の低減により、多くのアプリケーションでさまざまな利点が得られます。ただし、プログラマブル・ロジック・デバイスの低消費電力は、システム消費電力の 1 側面でしかありません。以下の図が示すとおり、Cyclone® IV GX FPGA は、FPGA の消費電力を平均で 30% 削減します。

シリコンおよびアーキテクチャーの最適化

サブミクロン半導体プロセスでは、消費電力低減のための対策を講じない場合、スタティック消費電力が大幅に増大する可能性があります。サブミクロン・プロセス・テクノロジーでスタティック消費電力が増加する原因は、主にサブスレッショルド・リークなどのリーク電流の増加にあります。

ハンドセット・コンポーネントの主要半導体メーカーで通常使用されている低消費電力 (LP) プロセス・テクノロジーを採用することによって、インテルは低スタティック消費電力のリーク電流を最小限に抑えました。この先進プロセスによる小型化、そしてアーキテクチャーの最適化により、Cyclone® IV FPGA はダイナミックおよびスタティック消費電力を最小限にできます。インテルが Cyclone® IV FPGA に採用するプロセスおよびアーキテクチャーの拡張には、Low-K 誘電体、可変チャネル長および酸化膜厚、さまざまなトランジスター閾値電圧などを含みます。

正確な消費電力の見積もりおよび解析

インテルは、最も正確かつ完全な消費電力の管理設計ツールを使用して、設計コンセプトから実装まで消費電力の推定と分析をサポートします。インテルは、125°C およびワーストケースのシリコン条件における低コスト FPGA ファミリーの消費電力の見積もり値をツールスイートで提供します。インテルは以下の消費電力見積もりおよび解析リソースを提供します。

    Cyclone® IV Early Power Estimatorインテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェアの電力解析 & 最適化テクノロジー消費電力管理リソースセンター
Early Power Estimator (EPE) はデザインコンセプト段階で使用し、消費電力アナライザーはデザインの実装段階で使用します。EPE は、デバイスおよびパッケージの選択、動作条件、およびデバイス使用率に基づき、早期の消費電力解析を可能にするスプレッドシート・ベースの解析ツールです。消費電力アナライザーは、実デザインの配置配線およびロジック・コンフィグレーションを使用するだけでなく、シミュレーション・データを利用して非常に正確にダイナミック消費電力を見積もることができます。消費電力アナライザーは、正確なデザイン情報を入力することにより、通常 ±10% 精度の見積もり値を提供できます。インテル® Quartus® Prime のパワーモデルは、実際のシリコン測定値と緊密に関連しています。
インテルは、5,000 以上の異なるテスト構成を使用して、インテル® Cyclone® シリーズ FPGA の個々のコンポーネントの消費電力を測定します。それぞれのコンフィグレーションは、特定のモードにおいてFPGAの単一回路構成を測定します。

インテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェアによる消費電力最適化

デザイン実装の詳細設定により、性能の向上、エリアの節約、および消費電力の低減を達成できます。従来、性能と面積のトレードオフは、配置配線デザインフローを通して RTL (レジスター転送レベル) 内で自動化されてきました。

インテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェアの消費電力最適化ツールは、自動的に Cyclone® IV FPGA アーキテクチャー機能により、Cyclone® III FPGA と比べダイナミック消費電力を最大で 25% 削減します。

インテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェアは、FPGA アーキテクチャーを最適に使用して消費電力を最小化する、設計者には見えない多数の自動消費電力最適化機能を備えています。たとえば、インテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェアでは以下のことが可能です。

    主要機能ブロックの変換
    より少ない消費電力を実現できるユーザー RAM のマッピングダイナミック消費電力を削減するためのロジックの再構築ロジック入力を適切に選択し、トグル率の高いネットのキャパシタンスを最小化コアロジック面積の削減および配線の最適化で、配線におけるダイナミック消費電力を削減配置の変更によってクロック消費電力を削減

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Cyclone® IV E のティピカルなスタティック消費電力

Cyclone® IV GX FPGA 使用によるシステム消費電力の削減

Cyclone® IV GX FPGA の低消費電力のメリットとさらに向上したデバイスの統合力を組み合わせることにより、以下のさまざまなアプリケーションで大きなシステムレベルのメリットが得られます。

    ポータブルまたはハンドヘルド・バッテリー駆動装置。スペース制約やその他発熱に厳しい環境。冷却システムがコストに見合わない価格重視のアプリケーション。
設計における総保有コストの削減および信頼性の向上についての詳細は、ホワイトペーパー Decrease Total System Costs with Industry's Lowest Cost, Lowest Power FPGA (PDF) を参照してください。

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