XtremeDSP解決方案將數字信號處理功能提升到極至

在當今要求最苛刻的數字信號處理(DSP)系統設計和開(kāi)發(fā)中，賽靈思的FPGA產(chǎn)品扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色，這一點(diǎn)并非偶然。經(jīng)過(guò)二十多年的研究和工程開(kāi)發(fā)，以及與數百家DSP客戶(hù)的密切合作，賽靈思的FPGA產(chǎn)品已經(jīng)演化為高價(jià)值的DSP解決方案平臺，在性能、靈活性、上市時(shí)間以及產(chǎn)品壽命方面都提升到了極高的水平，同時(shí)還大大降低了總體系統成本和功耗。

眾所周知，FPGA能夠利用高度并行結構在單個(gè)時(shí)鐘周期內完成復雜算法。目前的FPGA在單個(gè)器件內能夠提供每秒數百上千(MSPS)和每秒數十億乘法累加操作(GMACS)的性能。擁有如此高的DSP性能水平，設計人員可以選擇降低FPGA的時(shí)鐘速率來(lái)節省功耗，也可以選擇實(shí)現更多通道來(lái)降低系統成本并降低材料清單成本(BOM)。

盡管如此，FPGA解決方案不僅具有如此大的成本/性能優(yōu)勢，而且在靈活性、上市時(shí)間以及產(chǎn)品壽命方面的價(jià)值同樣非常誘人。對那些對高性能DSP技術(shù)有高需求且發(fā)展迅速的市場(chǎng)，包括通信、多媒體、視頻與圖像(MVI)以及國防行業(yè)等，都處于快速變化之中。不斷變化的標準、市場(chǎng)需求和客戶(hù)要求，瞬息萬(wàn)變的經(jīng)濟形勢和競爭態(tài)勢為能夠通過(guò)創(chuàng )新和靈活性跟上變化步伐的企業(yè)帶來(lái)了巨大的商業(yè)機會(huì )。對于越來(lái)越多的系統設計師和DSP設計人員來(lái)說(shuō)，FPGA成為首選的平臺。

賽靈思XtremeDSP計劃2000年11月，賽靈思公司啟動(dòng)了XtremeDSP™計劃，旨在為滿(mǎn)足通信、多媒體、視頻與圖像以及國防行業(yè)對高性能DSP的需求提供不斷演化的、針對應用優(yōu)化的DSP解決方案產(chǎn)品線(xiàn)。其首要任務(wù)包括：

· 不斷擴展為DSP設計提供的高性能器件產(chǎn)品線(xiàn)

· 提供開(kāi)發(fā)板和開(kāi)發(fā)套件、參考設計和IP

· 推出用于不同DSP系統設計方法的設計和開(kāi)發(fā)工具

· 提供補充的可編程邏輯、連接功能和嵌入式處理功能

· 與業(yè)界和大學(xué)建立戰略合作伙伴關(guān)系，提供培訓和支持

極高的性能和靈活性

性能、系統級成本和功效、更快的上市時(shí)間和靈活性是基于FPGA進(jìn)行DSP設計的標志。所有這些價(jià)值優(yōu)勢都是通信等行業(yè)中的領(lǐng)導廠(chǎng)商所迫切需要的。

全球對于更高質(zhì)量、更大帶寬和更低成本的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)話(huà)音、計算機和視頻數據通信的需求空前高漲。受此推動(dòng)，新通信標準的數量和復雜性都在以指數級的速度增加。這很大原因是需要在傳統網(wǎng)絡(luò )和下一代網(wǎng)絡(luò )中的眾多通信層之間實(shí)現互操作性和數據交換。而且，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式提供新服務(wù)的需求不斷增加，這也是推動(dòng)當今標準發(fā)展熱潮的重要原因。對于系統供應商來(lái)說(shuō)，跟上這些標準的演進(jìn)并且滿(mǎn)足極為關(guān)鍵的性能-價(jià)格-功耗比要求并不是一件容易的事。

對于高性能DSP解決方案所服務(wù)的動(dòng)態(tài)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，FPGA的靈活性意味著(zhù)：

· 更高層次的集成以降低系統成本

· 領(lǐng)先的算法解決方案和標準實(shí)施支持更快速的上市時(shí)間，從而可大大提高市場(chǎng)份額

· 遠程調節易操作，適應無(wú)法預測的環(huán)境和功能變化(從而降低運營(yíng)成本)

· 延長(cháng)現有設計的生命周期(從而降低資本支出)

· 創(chuàng )新產(chǎn)品設計和移植的完美平臺，從而可跟上不斷變化的客戶(hù)需求和市場(chǎng)要求。

XtremeDSP器件產(chǎn)品線(xiàn)

XtremeDSP產(chǎn)品線(xiàn)包括 Virtex™-DSP 和 Spartan-DSP系列產(chǎn)品，為滿(mǎn)足廣泛的應用需求提供了豐富的價(jià)格、性能、功效、帶寬和IO組合。Virtex-5 SXT和Spartan-3A DSP產(chǎn)品是最近增加的新成員。

圖 1.XtremeDSP器件產(chǎn)品線(xiàn)

Virtex-5 SXT –最高的性能和連接功能

Virtex-5 SXT平臺進(jìn)一步拓展了賽靈思公司的XtremeDSP™產(chǎn)品線(xiàn)，其中的三款新器件可滿(mǎn)足下一代無(wú)線(xiàn)、國防以及多媒體、視頻和圖像等應用對超高DSP帶寬和更低系統成本的要求。SXT是四個(gè)65nm Virtex-5 FPGA平臺中的第三個(gè)。隨著(zhù)SXT平臺的推出，現在賽靈思FPGA可在550MHz時(shí)鐘下提供超過(guò)350 GMACS的DSP性能，同時(shí)與先前的90nm一代產(chǎn)品相比，動(dòng)態(tài)功耗降低35%。Virtex-5 SXT平臺還是業(yè)界第一個(gè)通過(guò)低功耗收發(fā)器(達3.2 Gbps)提供串行連接功能的DSP優(yōu)化的FPGA系列產(chǎn)品。

除了利用65nm ExpressFabric™技術(shù)提升邏輯性能以外，所有Virtex-5 FPGA都集成了用戶(hù)可配置的DSP48E邏輯片。DSP48E邏輯片是乘法累加(MAC)功能模塊的新發(fā)展。這些DSP引擎可在高達550 MHz的頻率下執行MAC操作。FPGA能夠實(shí)現高度并行的架構，從而使DSP性能比分立DSP處理器提高了兩個(gè)數量級以上，并且每個(gè)通道的成本和功耗達到了最低。

Virtex-5 SXT器件的邏輯密度范圍為35,000至95,000邏輯單元，同時(shí)專(zhuān)用DSP48E邏輯片的數量為192至640。集成多達11.6 Mbit嵌入式BlockRAM 和分布式RAM，這些器件提供了最高的存儲器邏輯資源比，可以高效地實(shí)現視頻處理和醫療圖像市場(chǎng)中DSP應用所需要的存儲器密集功能。

Virtex-5 SXT平臺還集成了低功耗RocketIO™ GTP收發(fā)器 (典型規格為100mW @ 3.2 Gbps)以及在Virtex-5 LXT平臺首次內建的PCI Express®端點(diǎn)和以太網(wǎng)MAC模塊。兩個(gè)平臺均支持所有主要的串行I/O 協(xié)議 (PCIe™、CPRI、OBSAI、SRIO、GbE和XAUI)，能夠為芯片與芯片、板與板以及機箱與機箱之間的高速大帶寬連接提供功耗最低的解決方案。

Spartan-3A DSP 平臺 –突破性的性?xún)r(jià)比

在為特定應用尋求最佳DSP解決方案的過(guò)程中，設計人員通常要在價(jià)格、性能和功耗之間進(jìn)行大量的折衷，通常需要犧牲一項或多項性能來(lái)滿(mǎn)足另外一些方面的要求。Spartan-3A DSP平臺是賽靈思XtremeDSP產(chǎn)品線(xiàn)中的另一個(gè)新成員，同時(shí)也是第一個(gè)針對DSP優(yōu)化的Spartan FPGA系列產(chǎn)品。Spartan-3A DSP將這三項關(guān)鍵的性能完美地結合起來(lái)，為大量應用提供了最佳組合。

信號處理容量

Spartan-3A DSP平臺量產(chǎn)時(shí)的單價(jià)低于30美元 ，在小尺寸封裝中可提供30 GMACS以上的DSP性能和高達2,200 Gbps的存儲器帶寬。這代表著(zhù)前所未有的性能/價(jià)格突破，滿(mǎn)足了大量對價(jià)格和功耗都很敏感的應用的要求。這些應用包括單通道微蜂窩無(wú)線(xiàn)基站中的數字頭端(DFE)和基帶解決方案、軍用移動(dòng)軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)、超聲系統、輔助駕駛/多媒體系統、高分辨率(HD)視頻以及智能IP相機等。