Caractéristiques du DSP hautes performances FPGA Stratix® IV

Les FPGA Stratix® IV sont une excellente solution pour les exigences des systèmes de traitement du signal numérique (DSP) hautes performances. Par rapport aux processeurs DSP, les FPGA Stratix® IV offrent les avantages suivants :

  • Plus de performances DSP
  • Coûts réduits
  • Consommation électrique réduite
  • Espace de carte plus petit
  • Plus d'évolutivité de la plate-forme

Le tableau 1 montre comment vous pouvez utiliser un seul FPGA Stratix® IV pour remplacer plusieurs processeurs DSP.

Tableau 1. Comparaison d'un FPGA Stratix® IV avec des processeurs DSP de pointe

Spécification

Stratix® IV EP4SGX70

Texas Instruments C64x

Fréquence d'horloge

400 MHz (max. 550 MHz)

1,2 GHz

Nombre de périphériques

1

30

Total GMACS1

153 (max. 708 dans EP4SGX230)

144

Puissance totale

~3 Watts

~68 Watts
30 x (cœur 1,76 W + 0,53 W E/S) à 50 % d'utilisation

Surface totale de la carte

~1,225 mm2

~ 15,000 mm2

Coût total

209 USD
(1 x 209 $ à 1 unités K)

9 000$
(30 x 300 $ pour 1 000 unités)

Remarque :

1 GMACS = giga opérations de multiplication-accumulation par seconde

Les FPGA Stratix® IV effectuent le levage lourd du DSP

Vous pouvez utiliser les FPGA Stratix® IV pour implémenter des systèmes DSP complets à haut débit, et vous pouvez les utiliser comme coprocesseurs FPGA. Dans les applications à coprocesseur, les FPGA Stratix® IV accélèrent les fonctions DSP critiques en termes de performances qui, autrement, consommeraient la majorité de la puissance de traitement du processeur hôte et ralentiraient les performances globales du système.

Lorsqu'ils sont utilisés comme coprocesseurs, les FPGA Stratix® IV améliorent les performances globales du système en déchargeant les calculs complexes dans les systèmes sans fil, de diffusion, d'imagerie médicale et militaires du processeur hôte.

Intel® FPGA offre une large gamme de services d'assistance, d'outils et de plates-formes de développement pour la mise en œuvre de conceptions DSP dans les FPGA Stratix® IV. Vous pouvez également développer rapidement des FPGA Stratix® IV en coprocesseurs FPGA définis par l'utilisateur à l'aide de DSP Builder, l'outil de développement d'architecture de flux de données Intel FPGA basé sur les outils de pointe MATLAB et Simulink de The MathWorks.

Une fois l'architecture du coprocesseur capturée, elle peut être automatiquement implémentée dans un FPGA Intel FPGA Stratix® IV ou exportée vers l'outil de développement de système Intel® FPGA SOPC Builder pour une intégration plus poussée dans l'architecture globale du système.

Intel® FPGA propose également des kits de développement DSP que vous pouvez utiliser pour vérifier vos systèmes DSP dans le matériel dans la phase de prototype de votre cycle de conception.

Evolutivité de la plateforme

Les FPGA Stratix® IV prennent en charge la migration verticale des packages des petits aux grands appareils. Cela permet à une conception de carte unique de passer d'un petit FPGA Stratix® IV, comme le dispositif EP4SGX70, au FPGA 40 nm le plus performant de l'industrie pour le traitement DSP, le dispositif EP4SGX230. L'appareil EP4SGX230 est capable de 700 giga opérations de multiplication-accumulation par seconde (GMACS). Cette gamme d'évolutivité est possible en raison de la nature de traitement parallèle de la famille Stratix® IV FPGA. Le tableau 2 illustre la capacité de performance DSP d'un petit FPGA Stratix® IV.

Tableau 2. Performances de traitement parallèle des blocs Stratix® IV DSP

Spécification

Stratix® IV EP4SGX230

Total 18 x 18 multiplicateurs

1 288

fréquence maximum d'horloge

550 MHz

Des performances maximales

1 288 multiplicateurs à 550 MHz = 708 GMACS

Les FPGA Stratix® IV sont idéaux pour le traitement de la vidéo et de l'image, les communications numériques à haut débit et d'autres applications DSP hautes performances. Les blocs DSP optimisés dans les FPGA Intel FPGA Stratix® IV se combinent avec la mémoire TriMatrix et les modules logiques adaptatifs (ALM) pour libérer les performances DSP les plus élevées du secteur.

À 700 GMACS, le débit DSP des dispositifs Stratix® IV est d'un ordre de grandeur supérieur à celui de n'importe quel processeur DSP monopuce disponible, répondant facilement aux exigences des normes et protocoles émergents indiqués dans le tableau 3.

Tableau 3. Applications DSP pouvant être implémentées à l'aide de blocs DSP Stratix® IV

Fonctionnalités

Applications militaires

Radar/Sonar

Traitement d'images

Radiodiffusion et médical

Communications

Sans-fil

Algorithmes et fonctions

  • Web
  • Transforms
  • Modulation
  • Web
  • Compression
  • Mise à l'échelle
  • Traitement du taux de puce
  • Égalisation
  • IF numérique (DDC, DUC)

Normes et protocoles

-

  • JPEG 2000
  • H.264
  • WM9
  • HSDPA, HSUPA
  • MBMS, EDCH
  • CDMA 2000, 1x EVDV
  • OFDMA
  • WiMAX (802.16d/e)

Détails du bloc DSP

Le bloc Stratix® IV DSP est une architecture en silicium hautes performances avec une grande programmabilité qui offre un traitement optimisé dans de nombreuses applications. Chaque bloc DSP fournit huit multiplicateurs 18 x 18, ainsi que des registres, additionneurs, soustracteurs, accumulateurs et fonctions d'unité de sommation qui sont fréquemment requis dans les algorithmes DSP typiques. Le bloc DSP prend en charge des largeurs de bits complètement variables et divers modes d'arrondi et de saturation pour répondre efficacement aux exigences exactes de votre application. Voir Figure 1.

Figure 1. Architecture de bloc DSP

Le tableau 4 montre les ressources DSP des FPGA Stratix® IV.

Tableau 4,. Ressources DSP FPGA Stratix® IV

Variante de la famille Stratix® IV Appareil

Multiplicateur

9 x 9

Multiplicateur

12 x 12

Multiplicateur

18 x 18

Multiplicateur

18 x 36

Multiplicateur

36 x 36

Multiplicateur

18 x 18
Complexe

Multiplicateur

Virgule flottante unique

Multiplicateur

Virgule flottante double

Stratix IV GX

EP4SGX70

384

384

384

192

96

96

96

38

EP4SGX110

512

512

512

256

128

128

128

51

EP4SGX230

1 288

1 288

1 288

644

322

322

322

128

EP4SGX290

800

800

832

416

208

208

208

83

EP4SGX360

1 040

1 040

1 040

520

260

260

260

104

EP4SGX530

1 024

1 024

1 024

512

256

256

256

104

Stratix® IV E

EP4SE110

512

512

512

256

128

128

128

51

EP4SE230

1 288

1 288

1 288

644

322

322

322

128

EP4SE290

800

800

800

400

200

200

200

80

EP4SE360

1 040

1 040

1 040

520

260

260

260

104

EP4SE530

1 024

1 024

1 024

512

256

256

256

102

EP4SE680

1 360

1 360

1 360

680

340

340

340

136

Comme avec les appareils Stratix® de la génération précédente, le logiciel Intel® Quartus® Prime continue de fournir un mappage optimal de vos algorithmes DSP à la matrice Stratix® IV ALM, à la mémoire TriMatrix et aux blocs DSP à partir d'outils et de bibliothèques de développement spécifiques à HDL et DSP.