FPGAs y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10

FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip de alto desempeño a 20 nm1

FPGA Intel® Arria® 10 ofrece un desempeño de núcleo más rápido que un grado de velocidad y hasta un 20 % de ventaja fMAX en comparación con la competencia, utilizando diseños OpenCore disponibles públicamente.1Las FPGA y los dispositivos de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 tienen hasta un 40 % menos de energía que los FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip de la generación anterior y cuentan con los únicos bloques de procesamiento de señal digital (DSP) de punto flotante físicos de la industria con velocidades de hasta 1,5 teras de operaciones de punto flotante por segundo (TFLOPS).1

El dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 basado en ARM* de 20 nm ofrece un desempeño óptimo, eficiencia energética, factor de forma pequeño y bajo costo para aplicaciones de rango medio. El dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10, basado en la tecnología de proceso de 20 nm de TSMC, combina un sistema de procesador duro (HPS) ARM Cortex*-A9 MPCore* de doble núcleo con tecnología de lógica programable líder en la industria, que incluye bloques reforzados de procesamiento de señal digital de punto flotante (DSP). El dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 ofrece un procesador con un conjunto enriquecido de características de periféricos integrados, bloques reforzados de DSP de precisión variable de punto flotante, transceptores de alta velocidad integrados, controladores de memoria física y controladores de propiedad intelectual (IP) de protocolo, todo en un solo paquete altamente integrado.

Consulte también: software de diseño de FPGAs y dispositivos de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10, tienda de diseño, descargas, comunidad y soporte

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FPGAs y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10

FPGA de 20 nm y FPGA dispositivo de sistema integrado en chip de mayor desempeño1

Las FPGAs Intel® Arria® 10 ofrecen un desempeño de núcleo más rápido que un grado de velocidad y hasta un 20 % de ventaja Fmax en comparación con la competencia, utilizando diseños OpenCores disponibles públicamente.1Además, la familia Intel® Arria® 10 ofrece las únicas FPGA de dispositivo de sistema integrado en chip basados en ARM* de 20 nm de la industria de lógica programable, que ofrecen velocidades de reloj de hasta 1,5 GHz. La familia Intel® Arria® 10 también ofrece el primer soporte reforzado para operaciones de punto flotante en un FPGA, lo que permite un nuevo nivel de desempeño de DSP.

FPGAs de dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10: cuando la arquitectura importa

Las FPGAs de dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 integran un sistema de procesador duro (HPS) basado en ARM* que consta de procesador, periféricos e interfaces de memoria con la estructura FPGA mediante una red troncal de interconexión de gran ancho de banda. Combina el desempeño y el ahorro de energía de la propiedad intelectual (IP) dura con la flexibilidad de la lógica programable. Los dispositivos de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10, basados en la tecnología de proceso de 20 nm de TSMC, combinan un ARM* Cortex*-A9 MPCore* HPS de doble núcleo con tecnología de lógica programable líder en la industria que incluye bloques reforzados de procesamiento de señal digital (DSP) de punto flotante.

Sistema de procesador físico (HPS)

Los dispositivos de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 cuentan con un sistema de procesador duro (HPS) basado en el procesador ARM* Cortex*-A9 MPCore* de doble núcleo de segunda generación que es más rápido, más seguro y compatible con el software de los dispositivos de sistema integrado en chip de la generación anterior. Con los dispositivos de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10, puede reducir el tamaño de la placa mientras aumenta el desempeño al integrar un procesador de clase GHz, lógica FPGA y funciones de procesamiento de señal digital (DSP) en un solo sistema personalizable por el usuario en un chip. Los dispositivos de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 ofrecen la selección más amplia de densidades lógicas de FPGA hasta la fecha. Estas mejoras abordan los requisitos de desempeño, energía y seguridad de los equipos de almacenamiento, computación, transmisión y comunicaciones de última generación.

Más rápidos

A 1,5 GHz, el procesador proporciona más del 50 % de aumento en el desempeño con respecto a la generación anterior con una reducción de energía del 30 %.

Más seguridad

Los dispositivos de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 admiten un arranque seguro con autenticación basada en la autenticación de firma digital de curva elíptica (EC DSA), con una infraestructura de clave pública en capas para soporte de raíz de confianza, estándar de cifrado avanzado (AES) y nuevas funciones antimanipulación.

Arquitectura mejorada

Intel® Arria® 10 HPS ahora tiene tres núcleos Ethernet MAC, Scratch-RAM de 256 KB, admite dispositivos flash NAND de 8 y 16 bits, tarjetas eMMC SD/SDIO/MMC y memoria DDR3/4 de 72 bits.

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Características HPS de la familia Intel® Arria® 10 dispositivo de sistema integrado en chip

El HPS es común a todos los dispositivos de la serie Intel® Arria® 10 dispositivo de sistema integrado en chip.

Procesador

Procesador ARM* Cortex-A9* MPCore* de doble núcleo con tecnología de depuración y rastreo ARM* CoreSight*.

Coprocesadores

Unidad vectorial de punto flotante (VFPU) de precisión simple y doble, motor de procesamiento de medios ARM* NEON* para cada unidad de control de snoop (SCU) del procesador, puerto de coherencia de aceleración (ACP).

Caché de nivel 1

Caché de instrucciones L1 de 32 KB, caché de datos L1 de 32 KB.

Caché de nivel 2

Caché L2 compartida de 512 KB.

RAM del bloc de notas

256 KB

Memoria DDR HPS

DDR4 y DDR3 (hasta 64 bits con código de corrección de errores (ECC)).

Controlador de acceso directo a memoria (DMA)

Acceso directo a memoria (DMA) de 8 canales.

Controlador de acceso a medios Ethernet (EMAC)

3 x 10/100/1000 EMAC con DMA integrado.

Controlador USB portátil (OTG)

2x USB OTG con DMA integrado.

Controlador UART

2x UART 16550 compatibles.

Controlador de interfaz periférica en serie (SPI)

4x SPI.

Controlador I2C

5x I2C.

Controlador de flash QSPI

Compatible con 1 flash SIO, DIO, QIO SPI.

Controlador SD/SDIO/MMC

1x eMMC 4.5 con compatibilidad con DMA y CE-ATA.

Controlador flash NAND

1x ONFI 1.0 o posterior soporte de 8 y 16 bits.

E/S de propósito general (GPIO)

Máximo 62 GPIO programables por software.

Temporizadores

Temporizadores de propósito general 7X, temporizadores de vigilancia 4X.

Seguridad

Secureboot, Advanced Encryption Standard (AES) y autenticación basada en Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA).

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Transceptores

Transceptores de alto ancho de banda y baja latencia para una comunicación confiable

Los transceptores seriales de FPGA y el dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 ofrecen alto ancho de banda, baja latencia y la energía más baja para ayudarlo a construir sistemas de comunicación de alta velocidad.2Ya sea para obtener datos en una placa, distribuir datos a servidores blade a través de un backplane, mover datos al siguiente chasis en un centro de datos o transportar datos en todo el mundo a través de una sofisticada red de transporte óptico, los transceptores FPGA Intel® Arria® 10 y dispositivo de sistema integrado en chip Proporcionar una amplia gama de capacidades para admitir un amplio conjunto de protocolos y brindar un ancho de banda confiable a bajo costo.

Aplicaciones de transceptor FPGA Intel® Arria® 10 y dispositivo de sistema integrado en chip

Los transceptores FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 son ideales para:

  • Cabezales de radio remotos.
  • Transmisión de datos Nx100G.
  • Aceleración del servidor
  • Procesamiento de video 4K.
  • Radares militares.
  • Y muchas más aplicaciones de alto ancho de banda.
  • Basados en tecnología de proceso de 20 nm, los dispositivos de sistema integrado en chip y FPGA Intel® Arria® 10 proporcionan más de 3,3 Tbps de ancho de banda serial total. Los dispositivos Intel® Arria® 10 GX ofrecen hasta 96 canales a 17,4 Gbps para aplicaciones de corto alcance, así como hasta 12,5 Gbps para compatibilidad con backplane. Además, los FPGA Intel® Arria® 10 GT ofrecen velocidades de datos de hasta 25,78 Gbps, lo que brinda un desempeño de ancho de banda de gama alta en un dispositivo de gama media.

Características del transceptor FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10

Los transceptores FPGA Intel® Arria® 10 y dispositivo de sistema integrado en chip tienen un conjunto de características versátiles para manejar una amplia gama de enlaces y proporcionar una operación de enlace sin errores, que incluye conexión de medio físico (PMA) con funciones completas y capas de subcapa de codificación física (PCS). Además, los bloques de propiedad intelectual (IP) duros PCI Express* (PCIe*) dedicados proporcionan una pila de protocolos reforzada completa para admitir PCIe* Gen1, Gen2 y Gen3x8. La siguiente ilustración muestra el amplio conjunto de capacidades que están disponibles para implementar enlaces seriales de alta velocidad con los beneficios descritos.

Características

Velocidades de datos de chip a chip

125 Mbps a 17,4 Gbps (dispositivos Intel® Arria® 10 GX).

125 Mbps a 25,78 Gbps (dispositivos Intel® Arria® 10 GT).

Asistencia >

Conduzca backplanes a velocidades de datos de hasta 12,5 Gbps.

Soporte de módulo óptico

SFP+/SFP, XFP, CXP, QSFP/QSFP28, CFP/CFP2/CFP4.

Compatibilidad con control por cable

Conexión directa SFP+, PCIe* por cable, eSATA.

Preénfasis de transmisión

Preénfasis y deénfasis de transmisión de 5 toques para compensar la pérdida del canal del sistema.

Ecualizador lineal de tiempo continuo de modo dual (CTLE)

Ecualización lineal del receptor en modo de alta velocidad de datos y alta ganancia para compensar la pérdida del canal del sistema.

Ecualizador de retroalimentación de decisión (DFE)

11 DFE de tomas fijas para igualar la pérdida del canal del backplane en presencia de diafonía y entornos ruidosos.

Amplificador de ganancia variable (VGA)

Amplificador de banda ancha para maximizar el rango dinámico de entrada.

Sintonización paramétrica adaptativa digital de Altera (ADAPT)

Todo el motor de adaptación digital para ajustar automáticamente todos los parámetros de ecualización del enlace, incluidos los bloques CTLE, DFE y VGA, que proporcionan un margen de enlace óptimo sin la intervención de la lógica del usuario.

Motor de calibración de integridad de señal de precisión (PreSICE)

Controlador de calibración reforzado para calibrar rápidamente todos los parámetros de calibración del transceptor en el encendido para un desempeño óptimo de la integridad de la señal.

Bucles bloqueados en fase de transmisión ATX (PLL)

PLL de transmisión de LC (inductor-condensador) de fluctuación ultra baja con rango de sintonización continuo para cubrir una amplia gama de protocolos estándar y propietarios.

Reloj multiplicador PLU (CMU PLL)

Fuentes de reloj de transmisión basadas en oscilador de anillo para aplicaciones de velocidad múltiple.

PLL fraccionarios (fPLL)

Sintetizadores de frecuencia fraccionada en chip para reemplazar los osciladores de cristal integrados y reducir el costo del sistema.

Recuperación híbrida de datos de reloj asistida digitalmente (CDR)

Tolerancia de vibración superior con tiempo de bloqueo rápido con PLL de canal independiente.

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Modos de bloque DSP

Los tres modos de bloque DSP disponibles son los siguientes:

  • Modo de punto flotante.
  • Modo de precisión estándar.
  • Modo de alta precisión.

Procesamiento reforzado de punto flotante en FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10

En los dispositivos Intel® Arria® 10, Intel ha mejorado el bloque DSP de precisión variable al incluir operadores reforzados de punto flotante. El bloque DSP de precisión variable FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 presenta un nuevo modo de punto flotante que ofrece un desempeño de punto flotante innovador de hasta 1,5 TeraFLOP.

La innovación arquitectónica en la implementación de bloques DSP (procesamiento de señal digital) de punto flotante reforzado de precisión simple IEEE 754 en FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 permite velocidades de procesamiento de hasta 1,5 TFLOP (operaciones de punto flotante Tera por segundo) y eficiencia energética de hasta 40 GFLOPs/vatio.

Con los tres modos disponibles para los bloques Intel® Arria® 10DSP: punto fijo de precisión estándar, punto fijo de alta precisión y punto flotante de precisión simple, los diseñadores pueden implementar una variedad de algoritmos que requieren punto fijo hasta el doble de operaciones de punto flotante de precisión compatibles con IEEE 754. El procesamiento de punto flotante reforzado ofrece a los diseñadores la capacidad de implementar algoritmos en punto flotante con un desempeño y una eficiencia energética similares a los de punto fijo. Esto se puede lograr sin comprometer la energía, área o densidad y sin perder características o funcionalidad de punto fijo.

Los FPGA y dispositivo de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10 son una solución atractiva para sistemas inalámbricos industriales, aplicaciones informáticas intensivas como informática de alto desempeño, aprendizaje automático, radares de alta precisión y aplicaciones de aceleración de centros de datos.

Modo de punto flotante

Un solo bloque DSP en el modo de punto flotante proporciona un multiplicador de punto flotante de precisión simple IEEE 754 y un sumador de precisión simple IEEE 754, lo que brinda el desempeño de punto flotante más alto en cualquier FPGA en el mercado. Estos operadores de punto flotante permiten que los diseños de punto flotante sean similares a los diseños tradicionales de punto fijo, brindando los beneficios del punto flotante sin costo adicional para los diseñadores de FPGA. Además, los diseñadores pueden permanecer en punto flotante, eliminando meses de conversión de algoritmos a punto fijo y verificando la precisión.

El modo de punto flotante ofrece:

  • Un multiplicador de precisión simple IEEE 754 y un agregador de precisión simple IEEE 754 en cada bloque DSP.
  • Soporte para operaciones de punto flotante, como: AxB, A+C, A-C, AxB+C, AxB-C, Acc=AxB+Acc.
  • Operaciones vectoriales para admitir convolución, productos punto y otras funciones de álgebra lineal.
  • Multiplicación compleja usando transformada rápida de Fourier (FFT).

Además de las capacidades de punto flotante, el nuevo bloque de previsión variable incluye:

  • Registros internos de canalización para un fMAX más rápido y un menor consumo de energía.
  • 108 entradas, 74 salidas.
  • Modo de multiplicación 18x19, lo que permite que el agregador previo use dos entradas de 18 bits.
  • Segundo acumulador opcional (registro de retroalimentación) para filtrado serial complejo.
  • Multiplicadores independientes dobles de 18x19.
  • Bancos de registro de coeficientes de 18 o 28 bits incorporados, disponibles con o sin la función de agregador previo.

Bus de cascada

Todos los modos de bloque DSP cuentan con un acumulador de 64 bits y cada bloque DSP de precisión variable viene con un bus en cascada de 64 bits. El bus en cascada permite la implementación de un procesamiento de señales de mayor precisión mediante la conexión en cascada de múltiples bloques utilizando un bus dedicado.

La arquitectura DSP de precisión variable posee retrocompatibilidad. Puede admitir de manera eficiente las aplicaciones DSP de 18 bits existentes, como el procesamiento de video de alta definición, la conversión digital ascendente o descendente y el filtrado multitasa.

Un conjunto completo de herramientas para acelerar la productividad del diseñador incluye entrada de diseño basada en modelos, C y HDL/IP.

¿Necesita aún más desempeño de punto flotante? Los diseños de Intel® Arria® 10 ofrecen un diseño perfecto y una ruta de migración de dispositivos a dispositivos Stratix 10 que ofrecen hasta 10 TFLOPS de desempeño. Si desea obtener más información, comuníquese con su representante de ventas local.

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2

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