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FPGA系列之“速度等級”選型介紹

FPGA之家 ? 來源:硬件助手 ? 2024-01-08 09:20 ? 次閱讀

本文主要介紹FPGA選型時(shí)的速度等級這個(gè)參數(shù)。

大家在進(jìn)行FPGA選型時(shí)都會看見一個(gè)參數(shù):Speed Grade,這就是芯片的速度等級。 芯片的速度等級不是專門設(shè)計(jì)出來的,而是在芯片生產(chǎn)出來之后,實(shí)際測試標(biāo)定出來的;速度快的芯片在總產(chǎn)量中的比率低,價(jià)格也就相應(yīng)地高。 “序號越低,速度等級越高”這是Altera FPGA的排序方法,“序號越高,速度等級也越高”這是Xilinx FPGA的排序方法。

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芯片的速度等級決定于芯片內(nèi)部的門延時(shí)和線延時(shí),這兩個(gè)因素又取決于晶體管的長度L和容值C,這兩個(gè)數(shù)值的差異最終取決于芯片的生產(chǎn)工藝。

在芯片生產(chǎn)過程中,有一個(gè)階段叫做speed binning。就是采用一定的方法、按照一組標(biāo)準(zhǔn)對生產(chǎn)出來的芯片進(jìn)行篩選和分類,進(jìn)而劃分不同的速度等級。

速度等級的標(biāo)定不僅僅取決于芯片本身的品質(zhì),還與芯片的市場定位有很大關(guān)系,返修概率和成本也是因素之一。

芯片的等級可以在測試后加以具體調(diào)整和改善,在存儲器芯片的生產(chǎn)中這一技術(shù)應(yīng)用很廣泛。

芯片生產(chǎn)的過程是充滿各種變數(shù)的,生產(chǎn)過程可以得到控制,但是控制不可能精確到一個(gè)分子、一個(gè)原子,產(chǎn)品質(zhì)量只能是一個(gè)統(tǒng)計(jì)目標(biāo)。同一個(gè)wafer上的芯片會有差異,即使是同一芯片的不同部分也是有差異的。速度等級是一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)字,反映了一批芯片的某些共同特性,不代表個(gè)別芯片的質(zhì)量。而且由于某些芯片的測試是抽樣進(jìn)行的,也不排除個(gè)別芯片的個(gè)別性能會低于標(biāo)定的速度等級。不過,F(xiàn)PGA的測試是極其嚴(yán)格的,很可能我們拿到手的芯片個(gè)個(gè)都經(jīng)過了詳盡的測試。這也是FPGA芯片價(jià)格高于普通芯片的原因。

同一等級的芯片中的絕大多數(shù),其性能應(yīng)該高于該速度等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)。這也是為什么在FPGA設(shè)計(jì)中,有少許時(shí)序分析違規(guī)的設(shè)計(jì)下載到芯片中仍然能夠正常運(yùn)行的原因(時(shí)序分析采用的模型參數(shù)是芯片的統(tǒng)計(jì)參數(shù),是最保守也是最安全的)。不過,由于同一等級的芯片仍然存在性能差異,存在時(shí)序違規(guī)但是單次測試成功的FPGA設(shè)計(jì)不能確保在量產(chǎn)時(shí)不在個(gè)別芯片上出現(xiàn)問題(出了問題就要返修或現(xiàn)場調(diào)查,成本一下子就上去了)。所以,還是要把時(shí)序收斂了才能放心量產(chǎn),這就是工程標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品質(zhì)量的保證。

現(xiàn)實(shí)世界是模擬的,不是數(shù)字的。在考察現(xiàn)實(shí)問題時(shí),數(shù)字工程師和軟件工程師應(yīng)該拋棄“一是一、〇是〇”的觀念,用連續(xù)的眼光看待這個(gè)連續(xù)變化的真實(shí)世界。

芯片生產(chǎn)過程中的不確定性導(dǎo)致了芯片的性能差異,這一差異影響了芯片的價(jià)格,價(jià)格和性能的折中又影響了FPGA設(shè)計(jì)工程師在器件選型、設(shè)計(jì)方法上的決策,生產(chǎn)的產(chǎn)品的性價(jià)比決定了產(chǎn)品的銷售,產(chǎn)品的銷量又決定了芯片的采購量,采購量又影響了芯片的采購價(jià)格...

器件速度等級的選型,一個(gè)基本原則是:在滿足應(yīng)用需求的情況下,盡量選用速度等級低的器件,主要有如下好處:

由于傳輸線效應(yīng),速度等級高的器件更容易產(chǎn)生信號反射,設(shè)計(jì)要在信號的完整性上花更多的精力;

速度等級高的器件一般用得比較少,價(jià)格經(jīng)常會成倍增加,而且高速器件供貨渠道一般比較少,器件訂貨周期一般比較長,會延長產(chǎn)品的研發(fā)周期,降低產(chǎn)品上市率。







審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:FPGA系列之“速度等級”

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