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Details zur Quantum-Architektur von Efinix und ihre Vorteile

19. Juni 2021, 16:58 Uhr | Harald Werner, Sales Director Europe bei Efinix

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

High-Speed Titanium-Familie

Die nächste FPGA-Generation von Efinix ist die Titanium-Familie, welche auf höhere Geschwindigkeiten bei gleichzeitig geringerem Stromverbrauch ausgerichtet ist. Diese Familie verfügt über eine erweiterte Quantum-Architektur und zusätzliche Schnittstellen. High-Speed-Anwendungen werden durch fest verdrahtete DDR4- und LPDDR4-Speicher-Controller-Blöcke, MIPI-Unterstützung mit bis zu 1,5 Gbit/s an Standard-HSIO-Pins und bis zu 2,5 Gbit/s mit fest verdrahteten MIPI-D-PHY-Blöcken unterstützt. Zusätzlich unterstützen Hochgeschwindigkeits-SERDES-Kanäle Schnittstellenstandards bis zu 16 Gbit/s für Bausteine mit geringerer Dichte und bis zu 25 Gbit/s bei höherer Dichte.

Die Titanium-FPGAs verfügen über eine erweiterte Quantum-Compute-Architektur. Wie bei den Trion-FPGAs basiert diese Architektur auf XLR-Zellen, aber für die Titanium-FPGAs wurde die XLR-Zelle erweitert, um die Anforderungen von Hochgeschwindigkeitsanwendungen zu erfüllen. Diese skalierbare Architektur reicht bis zu 1 Millionen LEs.

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Titanium-FPGA-Familie
Tabelle. Titanium-FPGA-Familie
© Efinix

Wie bereits erwähnt, hat Efinix bei den Trion-FPGAs nicht die XLR-Zellen angegeben, sondern nur das LE-Äquivalent, welches 1:1 ist. Bei der Titanium-Familie gibt das Datenblatt neben der Anzahl der LEs für jedes Familienmitglied auch die Anzahl der XLR-Zellen an. Zum Beispiel gibt das Ti60-Datenblatt die Anzahl der LEs mit 62.016 und die Anzahl der XLR-Zellen mit 60.800 an. Warum sind diese Zahlen unterschiedlich und was bedeutet das für die Logik-Kapazität?

Bei den Titanium-FPGAs ist die Zuordnung von XLR-Zellen zu LEs nicht 1:1 wie bei der Trion-Familie. In der Titanium-Familie wurde die Quantum-Architektur aufgerüstet, um Rechenfunktionen besser zu unterstützen. Bei Titanium ist die XLR-Zelle mit einer zusätzlichen 8-Bit-Schieberegisterfunktionalität ausgestattet, so dass diese XLR-Zelle mehr als eine normale LUT mit 4 Eingängen und ein Flipflop kann. Darüber hinaus ist die 4-Eingangs-LUT aufteilbar, was bedeutet, dass sie gleichzeitig als 3-Eingangs-LUT und als 2-Eingangs-LUT fungieren kann, was noch mehr Möglichkeiten bietet (Abbildung 4). Diese Verbesserungen haben einen starken Einfluss auf die Menge der Logik, die die XLR-Zelle implementieren kann. Nach Tausenden von Experimenten zur Quantifizierung des Effekts der Titanium-XLR-Zellen hat Efinix festgestellt, dass diese die Möglichkeit bieten, 20 Prozent mehr Logik als eine reguläre LE zu packen.

Die 4-Eingangs-LUT kann bei Efinix je nach Bedarf aufgeteilt werden.
Abbildung 4: Die 4-Eingangs-LUT kann bei Efinix je nach Bedarf aufgeteilt werden.
© Efinix

Jede XLR-Zelle ist also 1,2 LEs wert. Die Verwendung eines Multiplikationsfaktors, um einen komplexen Block mit der LE-Anzahl gleichzusetzen, ist in der FPGA-Industrie üblich. Hersteller verwenden Verhältnisse wie 1,6:1, 2,18:1 oder sogar 2,94:1, um ihre LE-Zahlen zu erhalten.

Die Angabe, dass das Verhältnis von LEs zu XLR-Zellen 1,2:1 ist, erklärt dennoch nicht, warum die angegebene Anzahl von XLR-Zellen niedriger ist als die angegebene Anzahl von LEs im Datenblatt. Hier muss der Entwickler bedenken, dass die XLR-Zelle sowohl für die Logik als auch für das Routing verwendet wird. Efinix reserviert 15 Prozent der XLR-Zellen für das Routing; der Prozentsatz basiert auf den Ergebnissen umfangreicher Experimente. Das Datenblatt zeigt die Gesamtzahl der XLR-Zellen, die sowohl für Logik als auch für Routing zur Verfügung stehen. Davon sind 15 Prozent für Routing reserviert, so dass 85 Prozent für Logik übrig bleiben. Somit ergibt sich folgende Berechnung:

60.800 XLR-Zellen x 0,85 x 1,2 = 62.016 LEs


  1. Details zur Quantum-Architektur von Efinix und ihre Vorteile
  2. Die Innovation der Quantum-Architektur
  3. High-Speed Titanium-Familie
  4. Dynamische Logik und Routing
  5. Die Titanium XLR-Zelle in Aktion

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