满足28 nm迫切的低功耗需求

 

FPGA和可编程逻辑器件(PLD)非常适合产品开发人员通过以下方式，以低成本来控制功耗：

• 将大量的板上逻辑、存储器和处理器元件迅速集成到很少的器件中，甚至是一个器件中。
• 减少支持元件和供电电源数量，减小电路板面积，降低实现复杂电子系统所需要的功耗。
• 支持采用不同的实现方法和算法来精确的调整功耗。

灵活的可编程逻辑具有低功耗优势，在综合考虑全定制硅片的成本和产品及时面市时，它是非常有吸引力的选择。

在28 nm定制功耗

在28-nm节点，设计人员利用Altera器件可以针对特定的目标市场和应用来定制功耗。Altera的方法在28-nm系列产品中利用了多种半导体工艺，针对产品和某些系列体系结构进行了优化，增强了IP。结果，与前一代同类产品相比，Altera的28 nm FPGA功耗降低了40%。

TSMC的28-nm工艺选择 显示了台积电(TSMC)的三种28-nm工艺技术，该公司是可编程逻辑供应商的28-nm节点半导体代工线。在这些工艺中，大量晶体管具有较大的静态功耗范围。左侧的晶体管静态功耗较低，而右侧的较大。这也体现了静态功耗与这些晶体管性能之间的关系。总体上，晶体管性能越好，静态功耗也就越高。Altera在28 nm产品上同时使用了28LP和28HP工艺来提高性能范围，以及多种功耗选择。第三种工艺选择是28HPL，某些晶体管的静态功耗较低，位于标以“HPL Option”的部分中，但是大量使用这类晶体管会导致FPGA运行较慢，对于很多设计人员而言是无法接受的。相应的，FPGA的28HPL工艺需要使用高速低泄漏晶体管，无法体现静态功耗的优势。　　

 

在28-nm节点，Altera器件是所有FPGA中总功耗最低的。这些器件之所以具有优异的功耗特性，是因为在产品开发的所有阶段都非常注重降低功耗。从28HP和28LP半导体工艺就开始重视降低功耗。

f 关于Altera注重降低高性能28HP Stratix^® V器件系列功耗的详细信息，请参考“降低28-nm FPGA功耗，提高带宽”白皮书。

与Stratix V系列不同，Altera的其他28-nm FPGA产品——Cyclone^® V和Arria^® V系列，设计用于不需要绝对最高性能和带宽的应用。结果，它们基于28LP工艺，设计用于提供最低总功耗，如TSMC所述：

“与TSMC的40LP技术相比，基于SiON的28LP工艺采用了该系列中最低总功耗和高性价比技术，其逻辑密度将翻倍，速度提高50%，功耗降低30-50%。”

　　其他在28-nm节点寻求绝对最低功耗的主要半导体供应商也选择了28LP工艺，正如Qualcomm所宣称的那样：“Qualcomm与TSMC合作，推出了我们的Snapdragon™ S4类处理器，包括Snapdragon S4 MSM8960™，它是高度集成的双核SoC，设计满足了前沿智能电话和平板电脑的低功耗需求。Snapdragon S4类处理器采用了TSMC非常复杂的28LP工艺，使Qualcomm能够突破性的实现了高性能和超低功耗的移动设备。”TSMC新闻发布，“TSMC 28nm技术达到量产”，2011年10月24号：

　　在低功耗基础上，Altera还采取了其他措施来降低28LP器件的静态功耗，包括大量使用“低泄漏”晶体管等，从而降低了静态电流。此外，Cyclone V和Arria V系列还提供一些可以禁用的器件特性，包括收发器、I/O块、PCI Express®模块、存储器模块以及分段式PLL等。这些特性相结合，与前一代FPGA相比，器件静态功耗降低了70%。例如，Arria V系列的器件功耗在500K LE时不到750mW，比目前的中端和高端40-nm FPGA静态功耗低得多。而竞争28-nm FPGA的静态功耗是Arria V FPGA的2.6倍。 Arria V静态功耗对比显示了Arria V GX器件的典型静态功耗，以蓝色实线表示，而以蓝色点线表示最差情况下的功耗。类似的，红色实线表示竞争中端28-nm FPGA的典型静态功耗，点线表示最差情况下的功耗。借助这些特性，在同类FPGA中，Arria V器件的静态功耗是最低的。

 

低动态功耗体系结构

除了低静态功耗，Altera Cyclone V和Arria V器件的动态功耗也较低，从而实现了最低总功耗。Altera从28LP工艺开始采用了降低动态功耗的方法，主要面向低功耗应用，包括，便携式消费类、无线链接和蜂窝基带等。TSMC阐述了提供高级工艺来实现最低总功耗而不仅仅是静态或者动态功耗的原因：

“我们之所以决定为28LPT工艺开发可靠的SiON技术，是因为无线和便携式消费类应用需求在不断变化，我们一直面对产品要符合市场需求的压力。消费者几年前需要低泄漏手持式设备，要求电池能够使用较长的时间。今天的消费者越来越依靠无线设备来浏览互联网，观看视频，听音乐，使用