Altera Cyclone® IV FPGA 扩大了 Cyclone® FPGA 系列的领先优势,提供市场上成本最低、功耗最低的 FPGA,目前还提供收发器版本。Cyclone® IV FPGA 系列适合大量成本敏感型应用,帮助您满足带宽需求,同时降低成本。

系列变体

Cyclone® III 架构包含多达 15 万个垂直排列的逻辑元件 (LE)、以 9-Kbit (M9K) 模块排列的 6.5 Mb 嵌入式内存和 360 个 18x18 嵌入式乘法器。

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Cyclone® III 架构包含多达 11.5 万个垂直排列的 LE、以 9-Kbit (M9K) 模块排列的 4 Mb 嵌入式内存和 266 个 18x18 嵌入式乘法器。

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优势

降低您的系统成本

所有 Cyclone® IV FPGA 的运行只需要两个电源,大大简化了配电网络,降低了电路板成本,减小了电路板空间,缩短了设计时间。至于 Cyclone® IV GX FPGA,成本进一步降低。 领先的低功耗 Cyclone® IV FPGA 架构中引入了集成收发器,可帮助您简化电路板设计与集成,进而降低成本。此外,灵活的收发器时钟架构支持您实施多种协议,同时充分利用所有可用的收发器资源。利用 Cyclone® IV GX FPGA的灵活性和高度集成特性,您可以设计体积更小、成本更低的器件,降低系统总成本。

降低功耗

基于优化的 60 纳米低功耗制程技术构建,Cyclone® IV E FPGA 进一步扩大了前代 Cyclone® III FPGA 的低功耗优势。 最新一代设备降低了内核电压,与前代产品相比,总功耗降低了 25%。 采用 Cyclone® IV GX 收发器 FPGA,您可以不到 1.5 瓦的功耗建立 PCI Express* 至千兆位以太网的桥接。

英特尔® Cyclone® IV FPGA 经过优化,实现了最低功耗,可帮助您更好地满足散热要求。因此,您不仅可以降低或消除系统散热成本,还可以延长手持式设备的电池续航时间。

Cyclone® IV FPGA 功耗

Cyclone® IV FPGA 家族展示了英特尔在提供高能效 FPGA 方面的领先优势。 借助增强的架构和芯片、高级半导体制程技术和功耗管理工具,Cyclone® IV FPGA 的功耗比 Cyclone® III FPGA 低 25%。在同类 FPGA 产品中,它的功耗最低。

下表显示了 Cyclone® IV E 设备在 85°C 结点温度下的静态功耗。 在 85°C 温度下时,最小 Cyclone® IV EP4CE6 设备的功耗低至 38 mW,最大 Cyclone® IV EP4CE115 设备的功耗低至 163 mW。

Cyclone® IV E 典型静态功耗

低功耗的优势

降低可编程逻辑设备的功耗,为许多应用带来无法企及的优势。然而,降低功耗只是系统功耗的一个方面。 下图表明 Cyclone® IV GX FPGA 可将 FPGA 功耗降低平均 30%。

Cyclone® IV GX FPGA 助力降低系统功耗

Cyclone® IV GX FPGA 提高了集成度,同时降低了功耗,可为多种应用带来显著的系统级优势:

  • 采用电池供电的便携式或手持式设备。
  • 空间受限以及其他散热困难的环境。
  • 对价格敏感,但散热系统成本高昂的应用。

关于更多如何降低设计的总体拥有成本并提高系统可靠性的信息,请参阅《借助业内成本和功耗最低的 FPGA 降低总体系统成本》白皮书 (PDF)。

芯片和架构优化

如果不采用降低功耗的技术手段,采用亚微米半导体工艺会大幅增加静态功耗。 由于漏电电流阈值增加,采用亚微米制程技术会增加静态功耗。

英特尔采取了很多措施来降低 Cyclone® IV FPGA 的静态功耗。英特尔通过采用主要半导体制造商一直用于手持式组件的低功耗 (LP) 制程技术,最大限度地减少了漏电电流,从而降低了静态功耗。这种先进的工艺减小了物理尺寸,结合架构优化,可帮助 Cyclone® IV FPGA 将动态和静态功耗降到最低。英特尔在 Cyclone® IV FPGA 中采用了多项工艺和架构增强技术,包括使用低 k 绝缘、可变通道长度和氧化层厚度,以及多晶体管阈值电压。

精确的功耗估算和分析

从设计构思到实施的整个过程中,英特尔支持采用最精确和最完整的功耗管理设计工具,进行功耗估算和分析。 英特尔还是唯一一家为低成本 FPGA 家族及其所有工具套件提供高达 125°C 和最差情况新品功耗估算的可编程逻辑厂商。 英特尔提供以下功耗估算和分析资源:

  • Cyclone® IV 早期功耗估算器。
  • 英特尔® Quartus® Prime 功耗分析和优化技术。
  • 功耗管理资源中心。

在设计构思阶段使用早期功耗估算器 (EPE),在设计实施阶段使用 Power Analyzer。EPE 是基于电子数据表的分析工具,根据设备和封装选项、运行条件以及设备利用率进行早期功耗分析。

Power Analyzer 是更详细的功耗分析工具,使用实际设计布局布线和逻辑配置。该工具使用仿真波形精确地估算动态功耗。总的来说,功耗分析器结合使用准确的设计信息,估算的精确度在 ±10% 以内。英特尔® Quartus® Prime 功耗模型与实际的芯片测量结果密切相关。

英特尔使用 5,000 多种不同的测试配置来测量英特尔® Cyclone® 系列 FPGA 中各个组件的功耗。每种配置主要测量特定配置下 FPGA 的某一电路组件。

英特尔® Quartus® Prime 功耗优化

详细的设计实施能够提高性能,减小尺寸,降低功耗。过去,通过布局布线设计流程在寄存器传送级 (RTL) 内自动对性能和尺寸进行平衡。

在将功耗优化集成至设计流程方面,英特尔一直处于领先地位。 英特尔® Quartus® Prime 软件功耗优化工具自动使用 Cyclone® IV FPGA 架构功能,使动态功耗比 Cyclone® III FPGA 低 25%。

英特尔® Quartus® Prime 开发软件拥有多项自动功耗优化功能,设计人员可免费使用这些功能,而且提供 FPGA 架构最佳利用率以最大限度地降低功耗。例如,采用英特尔® Quartus® Prime 软件,您能够:

  • 转换主要功能模块。
  • 映射用户 RAM,降低功耗。
  • 重新规划逻辑以降低动态功耗。
  • 正确选择逻辑输入,以最大限度地降低高频触发网络的电容。
  • 降低核心逻辑的面积和连线要求,以最大限度地降低布线的动态功耗。
  • 修改布局以降低时钟功耗。

特性

Cyclone® IV FPGA 延续了英特尔® Cyclone® 系列的传统 — 前所未有地集低功耗、高性能和低成本等优势于一身。Cyclone® IV GX FPGA 采用速率高达 3.125 Gbps 的集成收发器。

逻辑和布线核心结构的周围是 I/O 单元 (IOE) 和锁相环 (PLL)。GX 和 E 设备在芯片的每个角落都设置了 4 个通用 PLL。 Cyclone® IV GX FPGA 在芯片的顶部、底部和右侧设置 I/O 单元,而 Cyclone® IV E FPGA 在芯片的四边都设置有 I/O。 Cyclone® IV GX FPGA 芯片的左侧有 8 个收发器,排成两个 quad,每个 quad 包含 4 个收发器。 每个收发器 quad 的顶部和底部采用 1 个多功能 PLL (MPLL),供收发器或 FPGA 结构使用。

集成收发器

Cyclone® IV GX FPGA 采用英特尔业经验证的 GX 收发器技术构建,具有出众的抖动性能和卓越的信号完整性。兼容 PCI-SIG 的收发器型号支持多种串行协议。Cyclone® IV GX FPGA 还采用唯一的硬核知识产权(IP)模块,支持根端口和端点配置中的 PCI Express x1、x2 和 x4。

设计工具

英特尔® Quartus® Prime 软件

客户称赞英特尔® Quartus® Prime 开发软件易于学习,而且使用方便。 在下一代系统设计过程中,您可以采用英特尔® Quartus® Prime 软件充分发挥 Cyclone® IV FPGA 的优势,超越性能目标、更快速地完成设计和满足功耗要求。

下载英特尔® Quartus® Prime 软件

系统主板设计人员

马上开始您的主板设计

  • 引脚输出文件
  • 引脚连接指南
  • 数据资料和手册
  • 部分 FineLine BGA(1.0 毫米球栅阵列)封装的 Gerber 文件
  • 用于仿真的 IBIS 模型
  • 用于仿真的 SPICE 模型
  • 用于测试的 BSDL 文件
  • PCB 符号和引脚布局库,适用于
    • Cadence 和 Allegro
    • Mentor Graphics

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详细了解 FPGA 功耗的组成部分,包括功耗预知设计流程,以及功耗估算和优化工具。

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全面的设计资源

为了帮助您顺利完成设计流程,将创意转化为收入,英特尔提供全面的 Cyclone® IV FPGA 设计环境,包括:

参考设计

多个设计示例和参考设计适用于Cyclone® IV FPGA 套件。

开发套件和主板

采用基于低成本、低功耗 Cyclone® IV 设备的开发套件和参考设计生态系统,加快您的设计流程。这些基于 FPGA 的解决方案包含您为最终应用建立并实施定制设计所需的一切。

英特尔制定了高速夹层卡 (HSMC) 规范,它基于 Samtec 机械接头,对可选子卡和主板之间的接口进行了定义和标准化(见图1)。 该规范概述了子卡和主机之间的接口的电气和机械属性。您也可以开发自己的基于 HSMC 原型子卡。

图1.通过 HSMC 连接主机和子卡

产品名称 类型 厂商 设备 价格/是否上市
Cyclone® IV GX 收发器入门套件 开发套件 英特尔 Cyclone® IV GX FPGA (EP4CGX150) 395 美元
Cyclone® IV GX 开发套件 开发套件 英特尔 Cyclone® IV GX FPGA (EP4CGX150) 1,295 美元
视频分析评估套件 开发套件 英特尔 Cyclone® IV GX FPGA (EP4CGX150) 联系厂商
BeMicro SDK 开发套件 Arrow Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE22) 79 美元
BeInMotion(基于机动化,面向 BeMicro SDK) 开发套件 Arrow Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE22) 联系厂商
FPGA 入门开发套件 开发套件 EBV Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE10) 联系厂商
PCI Express* 入门套件 开发套件 EBV Cyclone® IV GX FPGA (EP4CGX15) 联系厂商
Mercury Code(工业网络) 开发套件 EBV Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE55) 联系厂商
FalconEye(三电平逆变器) 开发套件 EBV Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE55) 联系厂商
DE0-Nano 开发板 开发套件 Terasic Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE22) 79 美元
DE2-115 开发板 开发套件 Terasic Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE115) 595 美元
工业网络套件 开发套件 Terasic Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE115) 795 美元
视频和嵌入式评估套件 开发套件 Terasic Cyclone® IV GX FPGA (EP4CE115) 795 美元

了解详细信息 >>

如欲了解如何采用 Cyclone® IV FPGA 进行设计,可访问此处的其他资源,让自己逐渐成为 Cyclone® IV FPGA 专家:

在购买前试用 IP,迅速开始设计

英特尔与 IP 合作伙伴提供知识产权 (IP) 内核和参考设计,帮助您加速 Cyclone® IV FPGA 设计。 在购买之前,您可以下载并在软硬件中使用这些内核,以对特性和性能进行评估。

  • 访问 IP 网页,了解 IP 内核的详细信息。

应用

Cyclone® IV FPGA 系列面向对大量对成本敏感的应用,帮助您满足不断增多的带宽要求,同时降低成本。

低成本、小外形,适合多个应用领域

基于优化的低功耗制程技术构建,Cyclone® IV 家族的两个型号分别为采用集成 3.125-Gbps 收发器的 Cyclone® IV GX FPGA 和 Cyclone® IV E FPGA。Cyclone® IV FPGA 提供多达 150,000个逻辑元件 (LE),总功耗降低了高达 30%。它们具备低成本、小外形等特点,非常适合以下应用领域:

功能强大、经济高效的设计平台助力打造差异化产品。

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功能强大、经济高效的设计平台助力打造差异化产品。

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提供无风险大批量生产路径。

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现成芯片、扩展温度和 SEU 探测。

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文档和支持

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