Altera推出電源優化FPGA參考設計
2014-01-16 20:32:53 本站原創2013年5月，FPGA知名廠商Altera宣布收購電源廠商Enpirion，成為當月業界重大新聞之一。FPGA廠商收購電源廠商，在這么多年來尚屬首例。看來，FPGA廠商又將創新延展到了電源管理上來。新聞剛剛發布，Altera的相關發言人就和媒體有了對話，但由于剛剛收購過來，很多具體的事情還沒落實，我們也只是大概了解到，Altera將和收購過來的Enpirion團隊共同合作推出針對FPGA優化的電源解決方案，并且強調，只有通過收購，在同一屋檐下，才能夠緊密合作，打造最適合FPGA的電源解決方案。
時隔半年，Altera推出了收購后的首個產品系列——電源優化的FPGA參考設計四款。這四款參考設計分別將Altera 28nm 產品Cyclone V SoC、Stratix V、Arria V 和Cyclone V與Enpirion的PowerSoC DC/DC轉換器集成在一塊開發板上。Enpirion的PowerSoC DC/DC轉換器模塊在很小的高效散熱封裝中包括了集成控制器、高頻功率FET和電感，可將整個電路板的面積減小50%，功效提升35%，因省卻了幾個電容器，總材料體電容成本降低50%。
本次的媒體發言人Altera公司電源業務部市場總監Mark Davidson比較深入地介紹了Altera選擇收購Enpirion的主要原因。隨著FPGA的工藝水平發展到20nm和14nm甚至更高，架構更加復雜，FPGA對電源管理的要求也愈加苛刻。比如Altera公司基于14nm的產品Stratix 10，其數字內核耗電100mA，對電源精度的要求很高，如何做好穩壓非常重要。一旦電壓超出了額定范圍，FPGA芯片就會被燒毀或失效。這對于FPGA的用戶來說是個很大挑戰，客戶普遍缺乏電源相關方面的知識。選擇收購Enpirion，是因為Enpirion是專門為FPGA提供電源管理解決方案的公司，他們的解決方案針對FPGA的要求而優化，體積小、效率高、易用并且可靠性高。
Enpirion在它的DC/DC轉換器中運用了一種模擬的流程，能夠實現很高的切換頻率以及很高的效能，同時還運用了磁性工程學方面的技術將電感集成到電源管理芯片內部。電感器對DC/DC轉換器來說是非常重要的器件。電感集成以后，可省略原來外部電路所需要的幾個去耦電容，就可以實現在很小的面積內帶來很強的電流。
Mark Davidson還指出，在28nm工藝水平上，FPGA的電源管理還不需要特別的技術去支持它，因此，目前Altera推出的電源優化參考設計是基于28nm產品的，其結構是將Enpirion的電源管理模塊與Altera 28nm的FPGA放在一塊開發電路板上，目前Enpirion 的模塊也是可以支持其他廠商的處理器的。而到20nm和14nm工藝時，正如前面所述，FPGA需要新的技術來優化其電源管理，簡單的將二者放到一個開發板上已經不能解決問題，將二者集成到一個芯片或封裝中可能才是更好的解決方案，這就是為什么Altera一定要通過收購而不是合作的方式開來實現電源管理方案的優化。這樣的創新可以說是前無古人的。
僅僅是目前將二者放在一個開發板上，就已經可以為基于28nmFPGA的系統設計帶來很多好處。除了前面所列出的高效、低成本、高可靠性外，整個系統的設計流程也得到了很大優化。傳統的設計流程需要18步，采用PowerSoC的設計流程簡化到6步，而使用了新推出的集成了PowerSoC的電源優化的FPGA參考設計后，設計流程簡化到僅3步：1.運行電源優化器/估算器；2.選擇PowerSoC；3.使用FPGA電源原理圖/Gerbers。
Altera推出的第一款電源優化FPGA參考設計是面向低功耗、低成本的Cyclone V SoC的電源參考設計，它在28 nm FPGA中集成了ARM® Cortex™ A9處理器系統。2013年底提供面向Stratix® V、Arria® V和Cyclone V FPGA的電源參考設計。
圖1 面向低功耗、低成本的Cyclone V SoC的電源參考設計
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