28nm LP プロセス技術で製造されるアルテラの Cyclone® V FPGA は、最大 5G トランシーバを必要とするアプリケーションにおいて最も消費電力の低いソリューションを提供します。Cyclone V FPGA は、すべてのエリアの消費電力をバランスよく低減することにより、前世代製品と比較して消費電力を 40% 低減します。
図 1： Cyclone V FPGA と前世代製品の消費電力の比較
シリコンおよびアーキテクチャの最適化
アルテラは、28nm Low-Power （LP） プロセス技術を採用し、コア電圧の低減、低 VT (しきい値) トランジスタと高 VT トランジスタの最適な選択によるスタティック消費電力の低減、ゲート・キャパシタンスの低減、消費電力に最適化されたトランシーバ・アーキテクチャ、より多くのハード IP の搭載などにより、Cyclone V FPGA の消費電力低減を大幅に進めました。例えば、新しいマルチポート・メモリ・コントローラ・ハード IP ブロックと PCI Express ハード IP ブロックは、ソフト・ロジック実装時に比べ消費電力をそれぞれ 10% と 20% 以下に抑えることができます。また、これらのブロックは、未使用時にはトランシーバと共にシャットダウンできるため、トータル消費電力をさらに低減することも可能にします。
低消費電力の利点
Cyclone V GX FPGA は、高集積化と低消費電力化の組合せにより、次のようなさまざまなアプリケーションにおいて大きなシステム・レベルでのメリットをもたらします。
- ポータブルまたはハンドヘルド・バッテリ駆動装置
- 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
正確な消費電力の見積りおよび解析
アルテラは、業界で最も正確かつ完全な消費電力管理設計ツールにより、デザイン・コンセプトから実装に至るまで消費電力の見積りおよび解析を容易にします。アルテラは以下の消費電力見積りおよび解析リソースを提供します。
設計時において、デザイン・コンセプト段階では PowerPlay Early Power Estimator (EPE) を使用し、デザインの実装段階では PowerPlay Power Analyzer を使用することができます。PowerPlay 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。PowerPlay EPE の消費電力モデルは、シリコンとの相関が取れているため、デザインの消費電力の正確な見積りが可能です。
PowerPlay Power Analyzer は、実デザインの配置配線およびロジック・コンフィギュレーションを使用するだけでなく、シミュレーション波形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る、はるかに詳細な消費電力解析ツールです。Power Analyzer は、正確なデザイン情報を入力することにより、通常約 10% の精度の見積り値を提供できます。Quartus II PowerPlay パワー・モデルは、回路あたり 5,000 以上のテスト構成に基づく実際のシリコン測定値との相関が取れています。
デザイン・プロセスを通して、消費電力管理リソース・センターでは、消費電力、熱管理、そして電源管理のための有益な情報を提供します。
Quartus® II 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、性能とエリアのトレード・オフは、RTL (レジスタ転送レベル) から配置配線までのデザイン・フロー内で自動化されてきました。アルテラは、デザイン・フローへの消費電力最適化機能の導入において業界をリードしています。Quartus II PowerPlay 最適化ツールは、Cyclone V アーキテクチャの機能を自動的に使用して消費電力をさらに低減します。そのため、消費電力の最適化が有効の場合、トータル消費電力を最大 10% 低減することが可能です。
Quartus II 開発ソフトウェアは以下に示すような、FPGA アーキテクチャの細部まで最適に使用して消費電力を最小化する、ユーザー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。
- 主要機能ブロックの変換
- 消費電力を削減するユーザー 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
関連リンク
- Quartus II ハンドブック Volume 2, Chapter 14、消費電力の最適化 (PDF)
- Quartus II PowerPlay 消費電力解析 & 最適化テクノロジ
- パワーマネージメント・リソース・センター
