外文翻译--FPGA技术发展探究.docx

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毕业设计（论文）外文

资料翻译

题 目:

LatestDevelopmentTrendObservation

ofFPGA

FPGA技术发展探究

院系名称：

信息科学与工程学院

专业班级：

电子信息科学与技术04级2班

学生姓名：

詹建超 学 号：

20044360201

指导教师：

焦素敏 教师职称：

副教授

指导教师评语：

该生的英文资料与设计题目密切相关，中文翻译语句通顺，意思准确，字数符合要求，说明该生具有一定的阅读英文资料的能力。

签名：

年

月

日

附 件：

1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

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附件1：

外文资料翻译译文

FPGA技术发展探究

一．绪言

自1985年Xilinx公司推出第一片现场可编程逻辑器件（FPGA）至今,FPGA已经历了十几年的发展历史。

在这十几年的发展过程中,以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了惊人的发展：

现场可编程逻辑器件从最初的1200个可利用门,发

展到90年代的25万个可利用门,乃至当新世纪来临之即,国际上现场可编程逻辑器件的著名厂商Altera公司、Xilinx公司又陆续推出了数百万门的单片FPGA芯片,将现场可编程器件的集成度提高到一个新的水平。

纵观现场可编程逻辑器件的发展历史,其之所以具有巨大的市场吸引力,根本在于：

FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低,促使FPGA越来越多地取代了ASIC的市场,特别是对小批量、多品种的产品需求,使FPGA成为首选。

目前,FPGA的主要发展动向是：

随着大规模现场可编程逻辑器件的发展,系统设计进入"片上可编程系统"（SOPC）的新纪元;芯片朝着高密度、低压、低功耗方向挺进;国际各大公司都在积极扩充其IP库,以优化的资源更好的满足用户的需求,扩大市场;特别是引人注目的所谓FPGA动态可重构技术的开拓,将推动数字系统设计观念的巨大转变。

二．Xilinx公司研制开发的FPGA系列产品的主要特征

Xilinx公司自发明FPGA以来,就不断的推出新器件和开发工具,力求芯片的速度更高、功耗更低。

其主要推出了Virtex系列和SpantanTM系列的FPGA。

Virtex系列突破了传统FPGA密度和性能限制,使FPGA不仅仅是逻辑模块,而成为一种系统元件。

而SpantanTM系列为替代ASIC的大容量FPGA树立了一个新的低成本标准。

Virtex系列FPGA集成了许多满足系统级设计要求的新性能,具有独特的结构特点。

整个Virtex系列由九种器件组成,系统门数从5万到100万门（1,728到27,648个逻辑单元）;提供给用户的I/O引脚数最多超过500个;采用多种封装形式,包括先进的1.0mmFinePitchTMBGA和0.8mm芯片封装;采用5层金属的0.22微米CMOS

工艺,实现5V容差的I/O接口;借助于优选的时序驱动的布局和布线工具,在400MHz

的PⅡCPU上,编译速度可达20万门/秒。

Virtex系统的独特结构使它具有以下一些重要性能：

1.拥有四重数字化延时锁定电路（DLL）,用于内外时钟同步;使芯片到芯片间的通讯速度达到200MHz;所有器件从时钟到输出的延时均小于3ns;时钟可倍频和分频,可进行00,900,1800,2700相移。

2.各种密度产品均设置向量式互连,使布线快速可预测,与内核配合良好。

3.Virtex支持3级存储。

它的SelectRAM+存储层为字节级（分布式存储）、千字节级（块存储）和兆字节级（与外部DRAM和SRAM的SSTL3接口）存储块提供很高的频宽。

4.采用SelectI/OTM技术,同时支持多种电压和信号标准。

5.兼容66MHz/64比特PCI和CompactPCI。

三.Altera公司研制开发的FPGA系列产品的主要特征

Altera公司的基于CMOS的现场可编程逻辑器件同样具有高速、高密度、低功耗的特点。

该公司针对通信市场推出的新型低成本器件--ACEX系列。

该系列的主要特点为：

密度范围从1万到10万门;配备锁相环（PLL）,与64位、66MHZ的PCI兼容;产品系列从原1.8v扩展至2.5v;提供系统速度超过115MHZ的高性能。

Altera公司还对FPGA的结构进行优化,提供更多的嵌入式RAM。

新近推出的FLEX10KE系列器件是以前的FLEX10K系列器件的增强型,该系列在结构上采用了与FLEX10K系列相同的逻辑块,但片内嵌入式RAM是FLEX10K系列的两倍,而且增加了一个双端口RAM,这对通信应用来说是一个重要的优势所在。

"片上可编程系统"（SOPC）得到迅速发展,主要有以下几个原因：

1.密度在100万门以上的现场可编程逻辑芯片已经面市;

2.第4代现场可编程逻辑器件的开发工具已经成形,可对数量更多的门电路进行更快速的分析和编译,并可使多名设计人员以项目组的方式同步工作;

3.知识产权（IP）得到重视,越来越多的设计人员以"设计重用"的方式对现有软件代码加以充分利用,从而提高他们的设计效率并缩短上市时间;

4.由于连接延迟时间的缩短,片上可编程系统（SOPC）能够提供增强的性能,

而且由于封装体积的减小,产品尺寸也减少了。

四.Actel公司研制开发的FPGA系列产品的主要特征

Actel公司一直是世界反熔丝技术FPGA的领先供应商,主要有两大系列的反熔丝FPGA产品--SX-A系列和MX高速系列。

SX-A系列FPGA的主要特点是功耗低、在接上了所有内部寄存器之后,200MHZ运行时的功耗不到1w,而且价格也较为低廉、并拥有良好的性能。

众所周知采用反熔丝技术的FPGA尽管具有许多优点,但是却有一个致命的弱点,即只能进行一次性编程。

这就为大规模FPGA产品的开发带来了许多不便。

为了弥补这一不足,近年来,Altel公司也在积极开发其它结构类型的FPGA产品。

最具代表的是其新近推出了一种非易失性、可重新编程的门阵列-ProASICFPGAs。

该系列产品集于高密度、低功耗、非易失性和可重新编程于一身。

ProASICFPGAs的主要特点是：

提供98,000到110,000个可用门;内嵌拥有FIFO控制逻辑的两端口SRAM

（容量达到138,000比特）;提供大于200MHZ的内部时钟频率;该系列产品的功耗仅是基于SRAM的FPGA产品的1/3到1/2。

五.技术发展分析。

从以上对Xilinx、Altera和Actel三家公司各自开发产品特征的介绍,我们可以看出2000年以FPGA为代表的数字系统现场集成技术发展的一些新动向,归纳起来有以下几点：

⑴深亚微米技术的发展正在推动了片上系统（SOPC）的发展。

越来越多的复杂IC需要利用SOPC技术来制造。

而SOPC要利用深亚微米技术才能实现。

随着深亚微米技术的发展,使SOPC的实现成为可能。

与以往的芯片设计不同,SOPC需要对设计IC和在产品中实现的方法进行根本的重新评价。

⑵芯片朝着高密度、低压、低功耗的方向挺进。

采用深亚微米的半导体工艺后,器件在性能提高的同时,价格也在逐步降低。

由于便携式应用产品的发展,对现场可编程器件的低压、低功耗的要求日益迫切。

因此,无论那个厂家、哪种类型的产品,

⑶IP库的发展及其作用。

为了更好的满足设计人员的需要,扩大市场,各大现场可编程逻辑器件的厂商都在不断的扩充其知识产权（IP）核心库。

这些核心库都是预定义的、经过测试和验证的、优化的、可保证正确的功能。

设计人员可以利用这些现成的IP库资源,高效准确的完成复杂片上的系统设计。

（4）FPGA动态可重构技术意义深远。

随着数字逻辑系统功能复杂化的需求,单片系统的芯片正朝着超大规模、高密度的方向发展。

与此同时,人们却发现一个有趣的现象,即一个超大规模的数字时序系统芯片,在其工作时,从时间轴上来看,并不是每

一瞬间系统的各个部分都在工作,而系统是各个局部模块功能在时间链上的总成。

同时,人们还发现,基于SRAM编程的FPGA可以在外部逻辑的控制下,通过存储于存储器中不同的目标系统数据的重新下载,来实现芯片逻辑功能的改变。

正是基于这个称之为静态系统重构的技术,有人设想,能不能利用芯片的这种分时复用特性,用较小规模的FPGA芯片来实现更大规模的数字时序系统。

在研究过程中,有人尝试了这种设想,发现常规的SRAM的FPGA只能实现静态系统重构。

要实现高速的动态重构,要求芯片功能的重新配置时间缩短到纳秒量级,这就需要对FPGA的结构进行革新。

可以预见,一旦实现了FPGA的动态重构,则将引发数字系统的设计的思想的巨大转变。

六.结语。

我们可以看到在新世纪,以FPGA为代表的数字系统现场集成技术正朝着以下几个方向发展。

⒈随着便携式设备需求的增长,对现场可编程器件的低压、低功耗的要求日益迫切。

⒉芯片向大规模系统芯片挺进,力求在大规模应用中取代ASIC。

⒊为增强市场竞争力,各大厂商都在积极推广其知识产权IP库。

⒋动态可重构技术的发展,将带来系统设计方法的转变。

附件2：

外文原文

LatestDevelopmentTrendObservationofFPGA

ByEriac.Clerk,AMISemiconductor--EDN,18/2/2002

Since thecompanylauncheditsfirst-Xilinxfield-programmablelogicdevice（FPGA）at1985.Sofar,FPGAhasexperiencedmorethan10yearsofdevelopmenthistory.Inthisprocessofdevelopmentformorethan10years, digitalsystemintegrationtechnologyatthescenerepresentedbytheFPGAmadeasurprisingdevelopment:

fieldprogrammablelogicdeviceshasadevelopmentofhaving1200availablegatesinitialto250000availablegates,andevenwhenthenewcenturycomes,internationalfamousmanufacturersAlteraCorporation,XilinxInc.offieldprogrammablelogicdevicesalsohavelaunchedakindofsingleFPGAchipwithmillionsofgates,makingfield-programmabledevicetoraisetoanewlevelofthedegreeofintegration.whenweTakeasweepingviewofthefield-programmable