Frage:
Wie viel Strom verbraucht ein FPGA überhaupt?
Thomas O
2010-12-31 21:05:19 UTC
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Ich befinde mich in der R&D-Phase eines V4 meines Projekts, das möglicherweise den Hochgeschwindigkeits-DSP durch ein FPGA ersetzt.

Ich habe mir dieses FPGA angesehen, weil es billig ist: XC3S50A ( ungefähr £ 6.50 / Stück.) Ich denke, ich kann das Projekt wahrscheinlich mit einem Anliegen dort anbringen. Ich kann nirgendwo im Datenblatt finden, wie viel Strom es verbrauchen wird. Ist es ein fester Betrag oder variiert er, je nachdem, wie viel Logik ich verwende? Gibt es eine Ruhestromaufnahme, wenn keine Logik verwendet wird? Was ist mit der Stromaufnahme durch die Uhren / PLLs? Ich habe das Datenblatt durchgesehen - es hat viele Eigenschaften, aber diese scheinen nicht erwähnt zu werden.

Ich würde vorschlagen, dass Sie versuchen, die HDL in einer Simulation zu schreiben, und sie dann auf einer Evaluierungsplatine kaufen und testen (auch wenn es sich um einen größeren Chip derselben Familie handelt), bevor Sie sich auf eine Leiterplatte festlegen. Die FPGAs der neuesten Generation haben wahrscheinlich die geringste Leistung, erfordern jedoch auch logische Spannungsversorgungen mit niedrigem Kern.
Ja - der Kauf eines Evaluierungsboards ist derzeit aufgrund meines geringen F & E-Budgets von etwa 0 GBP keine Option.
Machen Sie sich mit Ihren Vertriebsmitarbeitern vor Ort vertraut. Oft können Sie einen Kredit oder eine kostenlose Probe eines Teils oder einer Bewertungskarte von ihnen erhalten - insbesondere, wenn die Hardware schon länger vorhanden ist.
@digikata - Es ist schwierig, sich mit Ihren Vertriebsmitarbeitern anzufreunden, wenn Ihr F & E-Budget 0 USD oder 0 GBP beträgt.
Fünf antworten:
#1
+6
mikeselectricstuff
2010-12-31 21:15:24 UTC
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Es variiert stark mit der Taktrate, genau dem, was intern getaktet wird, und der E / A-Nutzung. Es ist hinreichend schwierig zu bestimmen, dass die meisten FPGA-Softwareprogramme ein Dienstprogramm zum Schätzen der Stromaufnahme eines Designs angesichts der externen Takt- / Datenraten haben. Für eine zuverlässige Schätzung sind jedoch viele detaillierte Informationen erforderlich. Daher ist dies häufig die einfachste Option Bauen Sie es einfach als &-Maß oder laden Sie ein vergleichbares Design in ein Devboard und messen Sie es.

Die Altera- und Xilinx-Software schätzt Ihren Stromverbrauch, Sie müssen jedoch Ihr vollständiges Design, die Taktfrequenzen, die E / A-Lasten und Beispielwellenformen eingeben.
Wenn Sie die Wahl haben, können Sie normalerweise den Stromverbrauch eines bestimmten Geräts reduzieren, indem Sie die Betriebsspannung reduzieren und die Taktfrequenzen verlangsamen.
Was @vicatcu vorschlägt, wird in sehr wenigen Gerätefamilien unterstützt.
Nun, im Allgemeinen wird die FPGA-Kernspannung zunächst auf einen ziemlich niedrigen Wert eingestellt, z. B. 1,2 V. Damit kann man sich nicht wirklich anlegen. Sie können jedoch Ihre E / A-Spannungen ändern, wodurch Sie einige Einsparungen erzielen können. Außerdem ist Ihre Taktfrequenz so, wie Sie es möchten. Wenn Sie die Uhr verlangsamen, können Sie erhebliche Energieeinsparungen erzielen.
Ich würde dringend empfehlen, nicht von der für das Gerät angegebenen nominalen Kernspannung abzuweichen. es spielt mit dem Feuer. Die FPGA-Anbieter garantieren, dass das Gerät mit dieser Spannung betrieben wird (+/- 5-10%). Die Toleranzen / Schwankungen Ihrer Stromversorgung und die Variabilität der Eigenschaften des FPGA führen zu Ausfällen bei großen Mengen hergestellter Systeme, wenn Sie mit oder nahe dem absoluten Minimum oder Maximum arbeiten.
#2
+5
Saar Drimer
2011-01-14 22:26:53 UTC
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Es gibt zwei Haupttypen des Stromverbrauchs:

Statisch: Der Stromverbrauch, während das Gerät eingeschaltet ist, aber nichts tut. Der Anteil der statischen Leistung an der Gesamtleistung nimmt im Allgemeinen mit abnehmenden Technologiedimensionen zu. Bei 90 nm und darunter ist dies ein wesentlicher Teil, der im Strombudget berücksichtigt werden muss.

Dynamisch: Die verbrauchte Leistung, während die Gates im Inneren des Geräts (einschließlich E / A) den Status ändern (dh erhalten) von 0 bis 1 oder 1 bis 0). Aus diesem Grund erhöhen die Betriebsfrequenz und die Funktionalität die Genauigkeit der Schätzung.

Xilinx verfügt über zwei Tools zum Schätzen der Leistung:

  • Eine Excel-Tabelle, auf die Brian Carlton hingewiesen hat.
  • Eine Binärdatei mit dem Namen 'xpwr' (Teil von ISE), die Ihr platziertes und geroutetes Design (.ncd) verwendet und versucht, die Leistung basierend auf der tatsächlichen (gut vorhergesagten) Verwendung zu schätzen.

Natürlich ist die zweite Methode genauer, aber Sie könnten mit dem Excel-Blatt einen Standard für Ihr Strombudget erhalten, bevor Sie ein vollständiges Design haben, wenn Sie Ihr Board entwerfen müssen.

Die beste Methode besteht natürlich darin, Ihr Design zu vervollständigen, es auf einem Prototyping-Board auszuführen und dann den Verbrauch zu messen. In der Praxis ist dies jedoch selten der Fall, da das FPGA-Design und das Aufrufen der Platine normalerweise parallel erfolgen.

(Übrigens versuchen wir, eine SE-Site für FPGAs zu starten ... http://area51.stackexchange.com/proposals/20632/programmable-logic-and-fpga-design?referrer=YmxhQ2OJUo-FAaI1gMp5oQ2)

Eine Frage: XPWR hat einen -tb-Schalter (ISE8.2) für die zeitbasierte Leistungsschätzung erhalten, der eine Leistungsverfolgung im Verhältnis zur Zeit liefert, der jedoch derzeit nicht verfügbar ist.Kennst du ein Äquivalent dafür?
#3
+3
Brian Carlton
2011-01-01 08:56:11 UTC
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Für diesen Teil lautet die Antwort hier. Für andere Teile hat Xilinx diese Seite

#4
+1
darron
2011-01-15 01:06:13 UTC
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Beim Stromverbrauch gibt es zwei Hauptunterschiede bei den FPGA-Typen.

Erstens gibt es die SRAM-basierten Familien der führenden Anbieter wie Xilinx & Altera. Sie ziehen viel statische Kraft. Ich denke, zu viel, um für irgendetwas nützlich zu sein, das wirklich "wenig Strom" hat. Wenn diese beiden Unternehmen von geringer Leistung sprechen, bedeuten sie weniger Leistung als zuvor (oder als der andere große Typ).

Die zweite Klasse ist nicht flüchtig. Es gibt ein paar Leute mit diesen, aber Actel ist wahrscheinlich das größte Unternehmen, das ich tatsächlich in den Produkten der Leute gesehen habe. Sie verbrauchen im Allgemeinen Größenordnungen weniger statische Leistung. Sie neigen dazu, langsamere Geräte zu sein. Sie sind auch sehr resistent gegen IP-Diebstahl.

Ich habe gerade nach einem FPGA für ein industrielles Temperatursystem mit geringem Stromverbrauch gesucht, an dem ich arbeite ... Ich möchte Actel verwenden, kann es aber Ich kann mich nicht davon überzeugen, dass ich die I-Suffix-Teile tatsächlich bekommen kann, wenn ich sie brauche. Ich habe dieses Problem immer noch nicht wirklich gelöst. Ich werde wahrscheinlich nur versuchen, das Design in CPLDs zu pressen.

#5
+1
zebonaut
2011-01-15 03:41:15 UTC
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Es ist wahr, dass die von den Anbietern erstellten Tools zur Leistungsschätzung das beste Tool sind, um Informationen zu erhalten.

Um jedoch ein Gefühl zu bekommen, verwendet ein "vollständiger" Altera Cyclone 3, auf den ich kürzlich gestoßen bin, so etwas wie 0,8 A auf der 1,2-V-Schiene und nicht viel (1 ... 50 mA) auf den 3,3-V- und 2,5-V-Schienen. Sie beträgt im Betrieb etwas mehr als 1 W.

Da die 3,3-V-Schiene so gut wie nur für die E / A verwendet wird, zieht das FPGA alles, was die angeschlossene Schaltung von dieser Versorgungsschiene benötigt. P. >



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