65nm FPGA向多模无线基站为代表的高端应用渗透

文章摘要：在传统无线基站和嵌入式信号处理系统中，多个FPGA及信号处理器件主要通过总线或用户专用互连结构。但总线结构存在性能限制，难以满足高性能系统的需要；而专用系统则难以满足互连互通的需要。因此，基于串行交换互连，以Serial RapidIO、PCI Express、GE为代表的嵌入式互连网络逐步进入无线基站和高性能处理系统。而处于多模基站和系统集成平台中心位置的FPGA，需要直面高速串行互连的需求。Virtex 5所采用的全新 RocketIO GTP 千兆位级串行收发器设计和SelectIO并行I/O技术实现了新兴串行标准和现有并行标准间的灵活桥接，支持操作范围介于100Mbps 到 3.75G

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　　在传统无线基站和嵌入式信号处理系统中，多个FPGA及信号处理器件主要通过总线或用户专用互连结构。但总线结构存在性能限制，难以满足高性能系统的需要；而专用系统则难以满足互连互通的需要。因此，基于串行交换互连，以Serial RapidIO、PCI Express、GE为代表的嵌入式互连网络逐步进入无线基站和高性能处理系统。而处于多模基站和系统集成平台中心位置的FPGA，需要直面高速串行互连的需求。

　　Virtex 5所采用的全新 RocketIO GTP 千兆位级串行收发器设计和SelectIO并行I/O技术实现了新兴串行标准和现有并行标准间的灵活桥接，支持操作范围介于100Mbps 到 3.75Gbps之间的所有常见串行互连接口标准协议并可在单个 FPGA 中实现多个标准或定制协议（如sRIO、PCIe、FE/GE、FC、SAS、SATA等）。RocketIO GTP的可调整发送预加重和接收均衡技术，可以驱动超出40” 的背板，在恶劣通道上实现可靠的接收。

　　Virtex 5采用嵌入式PCIe模块将多种功能集成到单个65nm FPGA的方式来实现。Virtex-5 FPGA平台内置增强型PCI Express端点模块，可以实现处理层、数据链路层和物理层功能，支持 1、2、4 或 8通道。

　　Xilinx在对硬IP和软IP进行比较之后，在Virtex 5系列中采用了嵌入提升用户有效逻辑使用率和降低系统功耗的硬IP的方式来实现GE、PCIe等串行互连标准。例如×8模式的PCIe硬核可以比其他厂商FPGA以软核形式实现的降低至少1.5W的功耗。

　　Xilinx 65nm 平台FPGA包含多个符合IEEE 802.3标准的嵌入式10/100/1000 Mbps以太网MAC模块：内置式硬IP为每个以太网MAC释放大约1800个逻辑单元；所提供的可编程PHY接口同时支持标准的MII/GMII和使用RocketIO收发器时的SGMII接口；当使用RocketIO收发器时，可以实现1000 Base-X的单芯片解决方案并广泛应用于AMC、ATCA和MicroTCA等新兴系统结构标准；由于已经通过UNH测试认证的兼容性和互操作能力，因此减少了系统的设计和验证工作量。

　　Xilinx的Virtex 5系列具有低歪斜、低抖动的差分时钟结构，可以达到550MHz的工作频率，再加上更加灵活的时钟管理管道结合了新型 PLL 和DCM（数字时钟管理器），使得该器件在保证了去Skew实现低时钟抖动的前提下同时确保了高精度和控制灵活性，极大地提高了时钟系统的性能。

　　Xilinx利用65nm工艺的100Mbps–3.75Gbps收发器、集成式接口模块和通过预验证PCI Express、三模以太网模块及其他IP，不仅可以轻松快速满足创建板级、背板级和系统级的互连需要，也满足新一代通信、信号处理、图形、存储、网络交换和I/O器件上的需要，而且还将设计风险降至最低，节省了在早期的ASSP和ASIC中的投资。

　　更低功耗 更低成本

　　Xilinx通过对Virtex-5系列采用新工艺、新技术、新封装和大量集成硬IP等方式，使得工程师在使用65nm工艺FPGA进行设计，可以大幅降低设计风险的同时显著降低功耗同时提升系统性能，实现性能和功耗的最佳均衡，并提升设计速度。这其中包括：采用ExpressFabric 技术将性能提升30%的同时使动态功耗降低35%；利用 65nm 三栅极氧化层技术降低以漏电流为主的静态功耗；采用新的RocketIO GTP收发器，使功耗比上一代器件降低77%；更小的散热系统进一步降低系统功耗；嵌入式 Block RAM 和分布式 RAM/FIFO减少了对外部RAM的需求；ChipSync 电路可以将时钟调整到数据正中，从而保证存储器接口的可靠性；SelectIO 电路可以灵活支持各种片上 I/O接口标准；DSP48E slices 为嵌入式乘法器提供了可选的加法器和累加器；RocketIO GTP 收发器提供内置式串行 I/O 性能和业内最低的功耗；PCI Express 端点模块设计用于和 RocketIO GTP 收发器一起使用，以便提供用于兼容的 PCIe 连接功能；10/100/1000 以太网 MAC 模块和 RocketIO GTP 收发器一起使用，提供内置式以太网连接功能以上种种基于65nm工艺器件的优势，大大降低了系统综合成本，例如实现x8模式的PCI Express，使用Xilinx的Virtex-5 FPGA可以比其他厂商的相同档次器件节约近10,000个LUT。

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