Файл: Ю. В. Бакшеева должность, уч степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия Контрольная работа. Плис фирмы Xilinx, вариант микросхемы семейства Artix7.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА “22”

ОЦЕНКА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

Канд. техн. наук				Ю.В.Бакшеева
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

Контрольная работа.

«ПЛИС фирмы Xilinx, вариант - микросхемы семейства Artix-7»

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТ ГР.	Z9221						В.С. Смирнов
	номер группы		подпись, дата				инициалы, фамилия
Студенческий билет №

Шифр ИНДО

Санкт-Петербург 2023Содержание

---

Введение

С 1984 года, когда впервые в мире Xilinx выпустила программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) с архитектурой FPGA (Field Programmable Gate Array), и по настоящее время компания является ведущим мировым производителем микросхем программируемой логики. Технологии Xilinx предоставляют возможность производителям электронного оборудования минимизировать риски за счет сокращения времени на разработку новой продукции и сроков ее выхода на рынок. Разработчики могут проектировать и заниматься отладкой своих уникальных устройств на базе ПЛИС Xilinx гораздо быстрее, чем при использовании традиционных методов, при которых микросхемы получают фиксированную структуру в момент их изготовления. Более того, поскольку ПЛИС Xilinx представляют собой готовые к программированию стандартные изделия, разработчикам не требуется ждать изготовления прототипов или идти на существенные затраты для подготовки производства, как при использовании фиксированной логики или ASIC (Applications Specific Integrated Circuit). В настоящее время продукция Xilinx находит самое широкое применение — от телекоммуникаций и потребительской электроники до автомобильного и промышленного оборудования.Целью данной работы является рассмотрение ПЛИС фирмы Xilinx, вариант - микросхемы семейства Artix-7, ее особенностей и характеристик.Xilinx- это американский разработчик и производитель интегральных микросхем программируемой логики (ПЛИС, FPGA).

1. Сущность рынка ПЛИС

В развитии полупроводниковой отрасли существуют две важные тенденции: эволюция технологического процесса производства микросхем, которая позволяет и впредь следовать закону Мура и снижать стоимость изделий, а также увеличение производительности и уменьшение стоимости программируемых микросхем, что разрешает достичь беспрецедентного уровня настройки и гибкости при весьма доступном уровне цен. Следуя этим тенденциям, Xilinx работает в различных сегментах рынка электронного оборудования и делает свою продукцию пригодной для все более широкого спектра применений.Производители устройств обработки данных, потребительской электроники, коммуникационных устройств, систем промышленной автоматизации, измерительных систем, устройств оборонного и аэрокосмического комплекса используют ПЛИС Xilinx в качестве основы своих проектов.

---

2. ПЛИС фирмы Xilinx.

   1. 
      Технические характеристики:
      

Artix 7:

• 
  Число логических ячеек - 352K
  
• 
  Блок RAM – 12 Мбит 
  
• 
  Число DSP-слоев – 700
  
• 
  Максимальная производительность DSP – 504 GMACS
  
• 
  Максимальная скорость приемопередатчика – 375 Гбит/с 
  

Kintex 7:

• 
  Число логических ячеек – 407K
  
• 
  Блок RAM – 29 Мбит
  
• 
  Число DSP-слоев – 1540
  
• 
  Максимальная производительность DSP – 1848 GMACS
  
• 
  Максимальная скорость приемопередатчика – 10.3125 Гбит/с
  

Virtex 7:

• 
  Число логических ячеек – 1955K
  
• 
  Блок RAM – 65 Мбит
  
• 
  Число DSP-слоев – 3960
  
• 
  Максимальная производительность DSP – 4752 GMACS
  
• 
  Максимальная скорость приемопередатчика – 13.1 Гбит/с 
  

2. Общая характеристика ПЛИC фирмы Xilinx.

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) все более широко используются для создания цифровых систем различного назначения. Фирма Xilinx, являясь ведущим мировым производителем ПЛИС, предоставля- ет разработчикам широкий спектр кристаллов с различной технологией произ- водства, степенью интеграции, архитектурой, быстродействием, потребляемой мощностью и напряжением питания, выпускаемых в различных типах корпусов и в нескольких вариантах исполнения, включая промышленное, военное и ра- диационно-стойкое. Кристаллы, выпускаемые фирмой Xilinx, в полной мере реализуют преимущества ПЛИС по сравнению с «жесткой логикой»:

• 
  высокое быстродействие;
  
• 
  возможность перепрограммирования непосредственно в системе;
  
• 
  высокая степень интеграции, позволяющая разместить цифровое уст- ройство на одном кристалле и тем самым снизить время и затраты на трасси- ровку и производство печатных плат;
  
• 
  сокращение времени цикла разработки и производства устройства;
  
• 
  наличие мощных инструментов САПР, позволяющих устранить воз- можные ошибки в процессе проектирования устройства;
  
• 
  сравнительно низкая стоимость (в пересчете на один логический вентиль).
  

В настоящее время каталог продукции фирмы Xilinx включает в себя пять серий ПЛИС с архитектурой FPGA, две серии кристаллов CPLD и две серии ПЗУ/ППЗУ, предназначенные для хранения конфигурационных данных

3. ПЛИС Xilinx 7 поколения.

Очередное поколение FPGA от Xilinx производится по технологии 28 нанометров и представляет собой три семейства FPGA, оптимизированных для решения различных типов задач. 

---

Virtex 7 предназначены для высокопроизводительных систем: емкость и быстродействие, по сравнению с предыдущим поколением (Virtex 6), увеличены вдвое. Kintex 7 – это новый класс FPGA обеспечивающий максимальную экономическую эффективность разработки. Семейство Artix 7 является правопреемником Spartan 6 и обладает по сравнению с ним повышенной производительностью и пониженным энергопотреблением. Все три семейства используют унифицированную архитектуру, что позволяет плавно переносить разработку с одного семейства на другое. Энергопотребление FPGA нового поколения уменьшено вдвое по сравнению с предыдущим.Серия Artix-7 FPGA - самое низкое энергопотребление в отрасли и самая низкая стоимость.

4. 
   Анализ общего преимущества.
   

Новые чипы FPGA серии Xilinx 7 не только помогают клиентам достичь новых достижений в снижении энергопотребления и стоимости, но также обладают преимуществами высокой емкости, высокой производительности и высокой мобильности. На следующем рисунке показана важность снижения энергопотребления для FPGA. В следующей таблице также показано, что FPGA серии Xilinx 7 обладают высокой масштабируемостью и могут достигать разных уровней производительности системы.FPGA серии Xilinx 7 обладают высокой масштабируемостью и могут достигать разных уровней производительности системыЭти три подсерии разработаны TSMC и Samsung HKMG (High Dielectric Metal Gate) с высокой производительностью и низким энергопотреблением, они значительно улучшили производительность, трудоемкость и стоимость по сравнению с продуктами предыдущего поколения. Новые чипы FPGA серии Xilinx 7 добились значительного прогресса в энергопотреблении, производительности и портативности дизайна.В новой серии продуктов используется 28-нм техпроцесс, оптимизированный для низкого энергопотребления и высокой производительности, что позволяет достичь превосходной производительности и решать другие методы, такие как ASIC и ASSP. Гибкие возможности позволяют платформам FPGA удовлетворять потребности растущего сообщества дизайнеров. 28-нм технологические и конструкторские инновации позволили значительно сократить энергопотребление на 50%. Унифицированная архитектура сохраняет инвестиции в ИС и ускоряет миграцию проекта. Эти семейства ПЛИС являются основой платформ Xilinx следующего поколения, оптимизированных для доменов и ориентированных на рынок. На следующем графике видно, что емкость и функциональность можно улучшить за счет снижения энергопотребления: снижение энергопотребления вдвое может увеличить доступную производительность и емкость, оптимизированные аппаратные модули могут снизить энергопотребление более чем на 25%.

---

Кроме того, чип FPGA серии Xilinx 7 также обладает замечательной особенностью, то есть архитектура трех подсерий полностью унифицирована. Эта унифицированная архитектура фактически основана на Virtex-6, и любой из этих трех подсерий может быть легко перенесен в разработку другого. Преобразование между старшим классом и младшим классом может быть выполнено в любое время.Существует три основных аспекта: оптимизация для снижения энергопотребления и повышения эффективности затрат, логический блок общего назначения, BRAM и интерфейс, а также простое расширение конструкции.Например, с одним и тем же IP могут быть разработаны как высококлассные торговые автоматы, так и недорогие портативные устройства. Эта функция помогает производителям повысить эффективность производства: им не требуется высокая степень защиты IP и редизайн решений для каждого поколения продуктов, но они могут быстро расширять продукты для удовлетворения потребностей смежных рынков. Конечно, для клиентов, которые хотят использовать новейшие FPGA 7-й серии для дальнейшего энергосбережения или повышения производительности и емкости системы, они могут спроектировать сначала с помощью Virtex-6 и Spartan-6 FPGA, а затем перенести проект, когда настанет время.

3. ПЛИС Artix-7.

Artix-7 – семейство является правопреемником Spartan-6 и обладает по сравнению с ним целым рядом преимуществ, а именно, вдвое меньшее энергопотребление и тридцати процентное увеличение производительности.3.1. Преимущества продукта Artix-7. 1. Обладая низким энергопотреблением и низкой стоимостью, он на 30% быстрее, чем Spartan-6, с половинной потребляемой мощностью и на 35% более низкой ценой;2. Использование FPGA на основе архитектуры серии Virtex может удовлетворить требования производительности чувствительного к издержкам рынка с большими объемами продаж;3. Используйте встроенную технологию Gen1x4 PCI Express® для реализации функции последовательного соединения 3,75 Гбит / с;4. Связанный проволокой чип-пакет BGA, обеспечивающий миниатюризацию и низкую стоимость;5. Размер, вес и характеристики энергопотребления особенно подходят для портативных приложений, таких как портативный ультразвук, управление цифровыми камерами и программно-определяемое радио.Может соответствовать требованиям низкого энергопотребления и высокой производительности портативного ультразвукового оборудования с батарейным питанием

---