prezentace flash fpga firmy actel vladimír měsíček [email protected]

Vladimír Měsíček 1

Prezentace flash FPGA firmy Prezentace flash FPGA firmy ACTELACTEL

Vladimír MěsíčekVladimír Měsíč[email protected]@fel.cvut.cz

mailto:[email protected]

2Vladimír Měsíček

ProASIC reprogramovatelné ProASIC reprogramovatelné součástky 100 – 450 tisíc součástky 100 – 450 tisíc hradelhradel

ProASICplus reprogramovatelné ProASICplus reprogramovatelné součástky 75 tisíc – 1 milion součástky 75 tisíc – 1 milion hradelhradel

ProASIC3 reprogramovatelné ProASIC3 reprogramovatelné součástky 30 tisíc – 1 mil. hradelsoučástky 30 tisíc – 1 mil. hradel


Rodina součástek Rodina součástek ProAsicProAsic


Obecný popis ProAsicObecný popis ProAsic Součástky se vyrábějí 0,25Součástky se vyrábějí 0,25m m

flash/CMOS technologiiflash/CMOS technologii Vysoká hustota integraceVysoká hustota integrace Nízká spotřebaNízká spotřeba ReprogramovatelnostReprogramovatelnost


Vlastnosti ProAsicVlastnosti ProAsicKapacitaKapacita 100-475 tis. sytémových 100-475 tis. sytémových

hradelhradel 14k-63k bit two port SRAM14k-63k bit two port SRAM 106-440 uživatelských I/O106-440 uživatelských I/OVýkonVýkon 33 MHz PCI 32-bit PCI33 MHz PCI 32-bit PCI Interní rychlost do 250MHzInterní rychlost do 250MHz Externí rychlost do 100MHzExterní rychlost do 100MHzNízká spotřebaNízká spotřeba Nízkoimpedanční FLASH Nízkoimpedanční FLASH

přepínačepřepínače Segmentová hierarchie Segmentová hierarchie

propojovací strukturypropojovací struktury

Výkonné propojovací Výkonné propojovací strukturystruktury

ultrarychlá místní ultrarychlá místní propojovací síť (Ultra Fast propojovací síť (Ultra Fast Local Network) Local Network)

výkonná síť dlouhých výkonná síť dlouhých linek (Efficient Long Line linek (Efficient Long Line Netvork) Netvork)

vysokorychlostní síť velmi vysokorychlostní síť velmi dlouhých linek (High dlouhých linek (High Speed Very Long Line Speed Very Long Line Network) Network)

vysokovýkonostní globální vysokovýkonostní globální síť (High Performance síť (High Performance Global Network)Global Network)


Vlastnosti ProAsicVlastnosti ProAsicVstupy/výstupyVstupy/výstupy Možnost 2,5V/3,3V logikyMožnost 2,5V/3,3V logiky Kompatibilita s 3,3V PCI Kompatibilita s 3,3V PCI

technologiitechnologiiZabezpečení Zabezpečení

naprogramovaných datnaprogramovaných dat Zabezpečení pomocí Zabezpečení pomocí

zabezpečovacího kóduzabezpečovacího kóduPodpora ISP Podpora ISP Programování pomocí Programování pomocí

Silicon Sculptor a Flash Silicon Sculptor a Flash ProPro

SRAM a FIFOSRAM a FIFO Maximální rychlost je Maximální rychlost je

250MHz synchronních a 250MHz synchronních a asynchronních operacíasynchronních operací

Netlist generátor pro Netlist generátor pro optimální využívání optimální využívání vnitřních pamětívnitřních pamětí


Architektura ProAsicArchitektura ProAsic Využívá členění srovnatelné s hradlovými poliVyužívá členění srovnatelné s hradlovými poli Na rozdíl od SRAM FPGA využívá LOOK – UP Na rozdíl od SRAM FPGA využívá LOOK – UP

table nebo architekturalní mapování během table nebo architekturalní mapování během návrhu návrhu

Jádrem součástek ProAsic jsou SEA OF TILES Jádrem součástek ProAsic jsou SEA OF TILES ( moře dlaždic)( moře dlaždic)

Každá dlaždice může být naprogramována jako 3 Každá dlaždice může být naprogramována jako 3 vstupová logická funkce(NAND, D-klopný obvod vstupová logická funkce(NAND, D-klopný obvod atd. )atd. )

Programování je možné FLASH přepínačiProgramování je možné FLASH přepínači K propojování jednotlivých funkcí a hradel slouží K propojování jednotlivých funkcí a hradel slouží

4 úrovně propojovací struktury 4 úrovně propojovací struktury


Architektura ProAsicArchitektura ProAsic FLASH přepínače slouží k přivádění signálů FLASH přepínače slouží k přivádění signálů

na vstupy a z výstupů hradelna vstupy a z výstupů hradel ProAsic obsahují Dual-Port SRAM bloky s ProAsic obsahují Dual-Port SRAM bloky s

vestavěnou FIFO/RAM řídící logikouvestavěnou FIFO/RAM řídící logikou Logikou se nastavuje dimeze paměti, Logikou se nastavuje dimeze paměti,

potřebná například pro zpracování potřebná například pro zpracování synchronních či asynchronních operacísynchronních či asynchronních operací


SEA OF tilesSEA OF tilesVnitřní uspořádání nazývané moře Vnitřní uspořádání nazývané moře

dlaždicdlaždic


Flash switchFlash switch Oba tranzistory se dělí o plovoucí hradloOba tranzistory se dělí o plovoucí hradlo Pravý tranzistor slouží k spínání/rozpínání Pravý tranzistor slouží k spínání/rozpínání Levý tranzistor slouží k zápisu/vymazání Levý tranzistor slouží k zápisu/vymazání

informaceinformace


Logická buňkaLogická buňkaTřívstupová logická buňkaTřívstupová logická buňka

Všechny vstupy mohou být invertované nebo Všechny vstupy mohou být invertované nebo neinvertovanéneinvertované

Výstup pro lokální propojováníVýstup pro lokální propojování Výstup pro vzdálené propojováníVýstup pro vzdálené propojování


Propojovací strategiePropojovací strategieK propojování jednotlivých dlaždic K propojování jednotlivých dlaždic

slouží 4 úrovně propojovacího slouží 4 úrovně propojovacího mechanizmumechanizmu

1.1. Ultra fast local line Ultra fast local line 2.2. Efficient long lineEfficient long line3.3. High speed very long lineHigh speed very long line4.4. High performance global networkHigh performance global network


Ultra fast local lineUltra fast local line

Propojuje dvě sousední dlaždicePropojuje dvě sousední dlaždice Propojuje I/O bufferPropojuje I/O buffer Propojuje paměťové blokyPropojuje paměťové bloky


Ultra fast local lineUltra fast local line


Efficient long lineEfficient long line Slouží k překlenutí větších vzdáleností a k více

rozvětveným spojům Délka překlenutí se pohybuje od 1 do 4 dlaždic

(vodorovně nebo svisle) Každý výstup modulu může být propojen s

každým vstupem jakéhokoliv dalšího modulu v součástce

Programovací software součástky navíc automaticky vloží do cesty buffer, je-li potřeba kompenzovat zátěž cesty například kvůli její velké délce


Efficient long lineEfficient long line


High speed High speed very long linevery long line

Tato linka určena k překlenutí celé Tato linka určena k překlenutí celé součástky s minimálním zpožděním součástky s minimálním zpožděním signálu signálu

Užívá se pro velmi dlouhé linky a velmi Užívá se pro velmi dlouhé linky a velmi rozsáhlé sítě rozsáhlé sítě

Tyto spoje vedou vertikálně a Tyto spoje vedou vertikálně a horizontálněhorizontálně

Poskytují vícenásobný přístup ke Poskytují vícenásobný přístup ke každé skupině modulů v součástcekaždé skupině modulů v součástce


High High speed very long linespeed very long line


High performance High performance global networkglobal network

Určena k rozvodu hodinového Určena k rozvodu hodinového signálu (4 piny součástky nebo signálu (4 piny součástky nebo vnitřní logika). vnitřní logika).

Tato propojovací úroveň je typická Tato propojovací úroveň je typická pro rozvod hodin a resetu.pro rozvod hodin a resetu.


High performance High performance global networkglobal network


Rozvod hodinového signáluRozvod hodinového signálu Možnost nastavení zpoždění Možnost nastavení zpoždění

hodinového signálu. hodinového signálu. ProASIC rodina nabízí 4 globální ProASIC rodina nabízí 4 globální

stromy stromy Každý z těchto stromů je založen na síti Každý z těchto stromů je založen na síti

„pátěř – žebro“, tak že každý zasahuje „pátěř – žebro“, tak že každý zasahuje všechny dlaždice ve své oblasti všechny dlaždice ve své oblasti

Stromová struktura umožňuje v Stromová struktura umožňuje v součástce více hodinsoučástce více hodin


Počet hodinových sítí Počet hodinových sítí


Vstupně/výstupní bloky Vstupně/výstupní bloky Rodina Pro ASIC 500K nabízí až 440 Rodina Pro ASIC 500K nabízí až 440

uživatelských I/O pinůuživatelských I/O pinů Pokud je blok napájen 3,3 V lze konfigurovat Pokud je blok napájen 3,3 V lze konfigurovat

napěťovou úroveň I/O na 2,5 V nebo na 3,3 Vnapěťovou úroveň I/O na 2,5 V nebo na 3,3 V I/O bloky jsou plně konfigurovatelné I/O bloky jsou plně konfigurovatelné

k poskytování nejvyšší flexibility a rychlosti.k poskytování nejvyšší flexibility a rychlosti. Každý může být konfigurován jako vstup, Každý může být konfigurován jako vstup,

výstup, třístavový řadič nebo jako výstup, třístavový řadič nebo jako obousměrný bufferobousměrný buffer


Počet vstupně výstupních pinů rodiny ProASIC


Napěťová kompatibilita


Blokové schema I/O


Konfigurace I/O jako vstupního pinu

Nezávisle volitelné velikost napěťové Nezávisle volitelné velikost napěťové úrovně 2,5V nebo 3,3Vúrovně 2,5V nebo 3,3V

Volitelný pull up rezistorVolitelný pull up rezistor


Konfigurace I/O jako výstupního pinu

Nezávisle volitelné velikost napěťové Nezávisle volitelné velikost napěťové úrovně 2,5V nebo 3,3V nebo 3,3V PCI úrovně 2,5V nebo 3,3V nebo 3,3V PCI kompatibilníkompatibilní

Možnost řízení LVTTL nebo LVCMOS Možnost řízení LVTTL nebo LVCMOS logikylogiky

Možnost nastavení rychlosti přeběhu Možnost nastavení rychlosti přeběhu SLEW RATESLEW RATE

Možnost třístavového výstupuMožnost třístavového výstupu


Konfigurace I/O jako obousměrného bufferu

Nezávisle volitelné velikost napěťové Nezávisle volitelné velikost napěťové úrovně 2,5V nebo 3,3V nebo 3,3V PCI úrovně 2,5V nebo 3,3V nebo 3,3V PCI kompatibilníkompatibilní

Možnost řízení LVTTL nebo LVCMOS Možnost řízení LVTTL nebo LVCMOS logikylogiky

Možnost nastavení rychlosti přeběhu Možnost nastavení rychlosti přeběhu SLEW RATESLEW RATE

Možnost třístavového výstupuMožnost třístavového výstupu


Vnitřní paměť Každá součástka má určitý počet Každá součástka má určitý počet

paměťových bloku velikosti 256x9 bitů paměťových bloku velikosti 256x9 bitů Počet bloku závisí na typu součástky (6-Počet bloku závisí na typu součástky (6-

28)28) Možnost široké konfigurace Možnost široké konfigurace

paměťového prostoru( možno používat paměťového prostoru( možno používat samostatně nebo slučovat do bloků)samostatně nebo slučovat do bloků)

Konfigurace buď jako FIFO nebo SRAMKonfigurace buď jako FIFO nebo SRAM Bloky jsou dvou portové ( možnost Bloky jsou dvou portové ( možnost

současného čtení a zápisu ) současného čtení a zápisu )


Příklady konfigurace paměťových bloků


Příklady konfigurace multiportové paměti


Závislost spotřeby na pracovní frekvenci


ProAsic plus ProAsic plus FLASH FPGAFLASH FPGA


Rozdíly oproti ProASicRozdíly oproti ProASicKapacitaKapacita 75 tis.-1 mil. systémových 75 tis.-1 mil. systémových

hradelhradel 27k-198k bit two port 27k-198k bit two port

SRAMSRAM 66-712 uživatelských I/O66-712 uživatelských I/O

VýkonVýkon 50 MHz PCI 32-bit PCI50 MHz PCI 32-bit PCI Externí rychlost do Externí rychlost do

150MHz150MHz


ultrarychlá místní ultrarychlá místní propojovací síť (Ultra Fast propojovací síť (Ultra Fast Local and long line Network) Local and long line Network)

vysokorychlostní síť velmi vysokorychlostní síť velmi dlouhých linek (High Speed dlouhých linek (High Speed Very Long Line Network) Very Long Line Network)

vysokovýkonná globální síť vysokovýkonná globální síť (High Performance Global (High Performance Global Network)Network)

100100% propojitelnost a v% propojitelnost a využitíyužití


Tabulka rodiny Tabulka rodiny ProAsic plusProAsic plus


Obecné rozdíly mezi Obecné rozdíly mezi ProAsic a ProAsic ProAsic a ProAsic

plusplus ProAsic plus vychází z ProAsic – ProAsic plus vychází z ProAsic –

vylepšuje vlastnosti předchůdcevylepšuje vlastnosti předchůdce Řada PLUS má větší počet I/O, více Řada PLUS má větší počet I/O, více

integrované paměti, větší počet logických integrované paměti, větší počet logických bloků, větší pracovní frekvencebloků, větší pracovní frekvence

Navíc řada plus obsahuje interní hodiny s Navíc řada plus obsahuje interní hodiny s fázovým závěsemfázovým závěsem

Změna technologie výroby z 0,25Změna technologie výroby z 0,25m na m na 0,220,22m LVCMOSm LVCMOS


Vnitřní uspořádáníVnitřní uspořádání


LVPECL vstupní pinyLVPECL vstupní piny Jedná se o speciální vstupní piny Jedná se o speciální vstupní piny Jedná se o vysokorychlostní diferenční vstupJedná se o vysokorychlostní diferenční vstup Obsahuje vstupní buffer s nízkopříkonovým Obsahuje vstupní buffer s nízkopříkonovým

diferenčním zesilovačem signálu a jeho diferenčním zesilovačem signálu a jeho komplementu PPCEL a NPCEL. komplementu PPCEL a NPCEL.

LVPECL buňka porovná napětí na PPCEL LVPECL buňka porovná napětí na PPCEL pinu s napětím na NPCEL pinu a výsledek pinu s napětím na NPCEL pinu a výsledek pošle na globální multiplexovanou linku pošle na globální multiplexovanou linku (možný vstup do PLL). (možný vstup do PLL).


LVPECL vstupní pinyLVPECL vstupní piny


Interní Interní generátor s generátor s

fázovým fázovým závěsemzávěsem Každý čip obsahuje 2 interní Každý čip obsahuje 2 interní

generátory hodin generátory hodin Rychlost fázového závěsu je 240MHzRychlost fázového závěsu je 240MHz Zpožďovací linka pro 0.25ns, 0.50ns, Zpožďovací linka pro 0.25ns, 0.50ns,

4ns4ns Fázový posuv 0º, 90º, 180º, 270ºFázový posuv 0º, 90º, 180º, 270º Obsahuje násobičku a děličku kmitočtuObsahuje násobičku a děličku kmitočtu Signál je možné propojovat pomocí Signál je možné propojovat pomocí

globální propojovací sítěglobální propojovací sítě


Interní Interní generátor s generátor s

fázovým fázovým závěsemzávěsem


ProAsic 3 ProAsic 3 FLASH FPGAFLASH FPGA


Vlastnosti ProAsic3Vlastnosti ProAsic3KapacitaKapacita 30 tis.-1 mil. sytémových 30 tis.-1 mil. sytémových

hradelhradel Až 144k bit two port SRAMAž 144k bit two port SRAM Až 300 uživatelských I/OAž 300 uživatelských I/O 1kbit uživatelské FROM1kbit uživatelské FROMVýkonVýkon 66 MHz PCI 64-bit PCI66 MHz PCI 64-bit PCIČasováníČasování 6x obvod pro úpravu 6x obvod pro úpravu

hodinového signálu, jeden hodinového signálu, jeden obsahuje integrovaný fázový obsahuje integrovaný fázový závěs závěs

Široký kmitočtový rozsah Široký kmitočtový rozsah 1,5MHz-350MHz 1,5MHz-350MHz


Ultrarychlá místní Ultrarychlá místní propojovací síť (Ultra Fast propojovací síť (Ultra Fast Local and long line Local and long line Network) Network)

Vysokorychlostní síť velmi Vysokorychlostní síť velmi dlouhých linek (High dlouhých linek (High Speed Very Long Line Speed Very Long Line Network) Network)

vysokovýkonná globální síť vysokovýkonná globální síť (High Performance Global (High Performance Global Network)Network)

Segmentové, hierarchické Segmentové, hierarchické spojování a časové spojování a časové spojováníspojování


Vlastnosti ProAsic3Vlastnosti ProAsic3Vstupy/výstupyVstupy/výstupy Možnost 1,5-1,8-2,5-3,3V Možnost 1,5-1,8-2,5-3,3V

vstupůvstupů Vstupy jsou rozčleněny do více Vstupy jsou rozčleněny do více

bankbank Podpora napěťových Podpora napěťových

standardů standardů LVTTL, LVCMOS 3.3 V/ 2.5

V/1.8V /1.5 V, 3.3 V PCI/3.3 V PCI-X, LVCMOS 2.5 V/5.0 V

I/O bufersI/O bufers Volitelná doba přeběhu SLEW Volitelná doba přeběhu SLEW

RATERATE Volitelný pull-Up/Down Volitelný pull-Up/Down

rezistor rezistor

NapájeníNapájení Pro optimalizaci ztrát je Pro optimalizaci ztrát je

použito pro napájení použito pro napájení jádra 1,5Vjádra 1,5V

Podpora pro systémy s Podpora pro systémy s napájením 1,5Vnapájením 1,5V

Vnitřní paměťVnitřní paměť Volitelné Aspect ratio Volitelné Aspect ratio

4608bit RAM bloků4608bit RAM bloků 24 SRAM nebo FIFO 24 SRAM nebo FIFO

konfiguracíkonfigurací


Tabulka ProAsic3Tabulka ProAsic3


Tabulka ProAsic3-I/OTabulka ProAsic3-I/O


Vnitřní uspořádání Vnitřní uspořádání pro 2 banky I/Opro 2 banky I/O


Vnitřní uspořádání Vnitřní uspořádání pro 4 banky I/Opro 4 banky I/O


Versa TilesVersa Tiles

Třívstupová logická fceTřívstupová logická fce D-klopný obvod s nulováním a D-klopný obvod s nulováním a

nastavovánímnastavováním D-klopný obvod s nulováním, D-klopný obvod s nulováním,

nastavováním a blokovánímnastavováním a blokováním


Versa TilesVersa Tiles


Propojování ultra Propojování ultra fast local linesfast local lines


Propojování Propojování Efficient long line Efficient long line


Propojování Propojování Very long line Very long line


Propojování Propojování versa net global versa net global


Tabulka versa netTabulka versa net


To je všeTo je všeDěkuji za pozornostDěkuji za pozornost

prezentace flash fpga firmy actel vladimír měsíček [email protected]

Documents