詳細講解Vivado設計套件帶來(lái)的益處

多維度分析布局器

Feist 解釋說(shuō)，上一代FPGA 設計套件采用單維基于時(shí)序的布局布線(xiàn)引擎，通過(guò)模擬退火算法隨機確定工具應在什么地方布置邏輯單元。使用這類(lèi)工具時(shí)，用戶(hù)先輸入時(shí)序，模擬退火算法根據時(shí)序先從隨機初始布局種子開(kāi)始，然后在本地移動(dòng)單元，“盡量”與時(shí)序要求吻合。Feist 說(shuō)：“在當時(shí)這種方法是可行的，因為設計規模非常小，邏輯單元是造成延遲的主要原因。但今天隨著(zhù)設計的日趨復雜化和芯片工藝的進(jìn)步，互聯(lián)和設計擁塞一躍成為延遲的主因。采用模擬退火算法的布局布線(xiàn)引擎對低于100 萬(wàn)門(mén)的FPGA 來(lái)說(shuō)是完全可以勝任的，但對超過(guò)這個(gè)水平的設計，引擎便不堪重負。不僅僅有擁塞的原因，隨著(zhù)設計的規模超過(guò)100萬(wàn)門(mén)，設計的結果也開(kāi)始變得更加不可預測?！?P>著(zhù)眼于未來(lái)，賽靈思為Vivado 設計套件開(kāi)發(fā)了新型多維分析布局引擎，其可與當代價(jià)值百萬(wàn)美元的ASIC布局布線(xiàn)工具中所采用的引擎相媲美。該新型引擎通過(guò)分析可以找到從根本上能夠最小化設計三維（時(shí)序、擁塞和走線(xiàn)長(cháng)度）的解決方案。Feist 表示：“Vivado設計套件的算法從全局進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)實(shí)現了最佳時(shí)序、擁塞和走線(xiàn)長(cháng)度，它對整個(gè)設計進(jìn)行通盤(pán)考慮，不像模擬退火算法只著(zhù)眼于局部調整。這樣該工具能夠迅速、決定性地完成上千萬(wàn)門(mén)的布局布線(xiàn)，同時(shí)保持始終如一的高結果質(zhì)量（見(jiàn)圖1）。由于它能夠同時(shí)處理三大要素，也意味著(zhù)可以減少重復運行流程的次數?！?BR>
圖1：與其它FPGA 工具相比，Vivado 設計套件能夠以更快的速度、更優(yōu)異的質(zhì)量完成各種規模的設計

為展現這種優(yōu)勢，賽靈思在ISE設計套件和Vivado 設計套件中用按鍵式流程方式同時(shí)運行針對賽靈思Zynq-7000 EPP 仿真平臺開(kāi)發(fā)的原始RTL，同時(shí)將每種工具指向賽靈思世界最大容量的FPGA 器件——采用堆疊硅片互聯(lián)技術(shù)的Virtex-7 2000T FPGA。這樣Vivado 設計套件的布局布線(xiàn)引擎僅耗時(shí)5 個(gè)小時(shí)就完成了120 萬(wàn)邏輯單元的布局，而ISE 設計套件則耗時(shí)長(cháng)達13 個(gè)小時(shí)（圖2）。而且采用 Vivado 設計套件實(shí)現的設計擁塞明顯降低（設計中顯示為灰色和黃色的部分），器件占用面積較小，這說(shuō)明總體走線(xiàn)長(cháng)度縮短。Vivado 設計套件實(shí)現方案還體現出更出色的內存編譯效率，僅用9GB就實(shí)現設計要求的內存，而ISE 設計套件則用了16GB。

Feist 表示：“從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，你看到的就是Vivado 設計套件在滿(mǎn)足所有約束條件下，實(shí)現整個(gè)設計只需占用3/4 的器件資源。這意味著(zhù)用戶(hù)可以為自己的設計添加更多的邏輯功能和片上存儲器，甚至可以采用更小型的器件?！?BR>
圖2：Vivado 設計套件的多維分析算法可創(chuàng )建專(zhuān)門(mén)針對最佳時(shí)序、擁塞和走線(xiàn)長(cháng)度（而不僅僅只是針對最佳時(shí)序）優(yōu)化的布局。

功耗優(yōu)化和分析

當今時(shí)代，功耗是FPGA設計中最關(guān)鍵的環(huán)節之一。因此，Vivado設計套件的重點(diǎn)就是專(zhuān)注于利用先進(jìn)的功耗優(yōu)化技術(shù)，為用戶(hù)的設計提供更大的功耗降低優(yōu)勢?！拔覀冊诩夹g(shù)上采用了目前在A(yíng)SIC工具套件中可以見(jiàn)到的先進(jìn)的時(shí)鐘門(mén)控制技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)可以擁有設計邏輯分析的功能，同時(shí)消除不必要的翻轉”Feist表示“具體來(lái)說(shuō)，新的技術(shù)側重于翻轉因子‘a(chǎn)lpha’，它能夠降低30%的動(dòng)態(tài)功耗”Feist說(shuō)，賽靈思去年在ISE設計套件中開(kāi)始應用該技術(shù)，并一直沿用至今。Vivado將繼續加強這一技術(shù)的應用。

此外，有了這一新的可擴展的數據共享模型，用戶(hù)可以在設計流程的每一個(gè)階段得到功耗的估值，從而可以在問(wèn)題發(fā)展的前期就能預先進(jìn)行分析，從而能夠在設計流程中，先行解決問(wèn)題。