概观

通过精心选择制程工艺并采用低功耗架构设计,AMD 器件在所有产品中实现了卓越的能效表现,涵盖自适应 SoC 平台器件、Spartan™ 6 FPGA、7 系列 FPGA、UltraScale™ FPGA、UltraScale+™ FPGA 和自适应 SoC。每一次产品迭代,AMD 都不断提升其功耗优化能力,包括工艺改进、架构创新、激进电压调节和高级软件优化策略等。以下是有关产品特定功能、制程工艺优势和基准测试比较的详细信息。针对所有系列,AMD 均公开提供功耗估算、散热模型、全面软件支持和演示板。借助全面的技术文档、经过验证的电源参考设计以及强大的开发工具,AMD 器件的电源设计变得空前简单,助您充分释放自适应 SoC、SoC 或 FPGA 的潜力,打造卓越设计。

Versal 自适应 SoC

Versal™ 自适应 SoC 是基于 TSMC 7nm HK-MG FinFET 工艺构建的新一代异构计算器件,通过架构创新和功耗优化模块在低功耗和高性能技术方面实现了跨越式突破。Versal AI Engine 架构可为计算密集型应用实现高达 40% 的功耗节省 

  • 采用硬化块 RAM、UltraRAM 和 DSP 模块的架构设计,可显著提升器件能效表现
  • 经过优化的高效 DSP 模块,可显著提升复数及浮点数学运算性能
  • 未使用的块 RAM 支持电源门控,可避免漏电
  • UltraRAM 初始化和位宽可配置性可减少对外部 RAM/ROM 的依赖

Versal 自适应 SoC 的硬核与可编程模块结合,融合前代节能技术、改进的电源管理、新一代电压频率缩放及集成监测功能,助力设计者在板级实现智能功耗管理与出色的性能功耗比。

UltraScale+ FPGA

UltraScale+ 器件系列以 TSMC 16nm FinFET+ 高性能低功耗半导体工艺为基础,相比 7 系列 FPGA 和 SoC,可实现高达 60% 的整体器件级功耗节省。架构改进包括:

  • 基于硬件的时钟门控技术
  • 硬化块 RAM 级联
  • DSP 模块效率
  • 功耗优化收发器

UltraScale+ 系列通过突破性架构创新和核心阵列的双电压协同运作,在显著降低功耗的同时大幅提升性能,最终使其性能功耗比优于 7 系列一倍以上。

UltraScale+ FPGA 功耗节省

  7 系列
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
工作电压 (VCCINT) 1V 0.95V 0.85V 0.72V
归一化阵列性能 1.0 倍 1.2 倍 1.6 倍 1.2 倍
标准化总功耗 1.0 倍 0.7x 0.8x 0.5x
性能功耗比 1.0 倍 1.7 倍 2x 2.4 倍

Zynq UltraScale+ MPSoC

除了 UltraScale+ FPGA 逻辑的各种功耗降低特性之外,Zynq™ UltraScale+ MPSoC 还采用处理系统中的多个电源岛和域,通过粗粒度和细粒度的动态电源门控,持续地根据性能需求调整功耗,进而降低器件的总体功耗。

UltraScale FPGA

UltraScale FPGA 系列基于 TSMC 低功耗 20nm 半导体工艺以及出色的静态及电源门控技术,相比 7 系列 FPGA 可实现高达 40% 的整体器件级功耗优化。与 UltraScale+ 器件共有的架构增强特性包括:

  • 基于硬件的时钟门控技术
  • 硬化块 RAM 级联
  • DSP 模块效率
  • 功耗优化收发器

UltraScale+ 功耗优化

  7 系列
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
工作电压 (VCCINT) 1V 0.95V 0.85V 0.72V
归一化阵列性能 1.0 倍 1.2 倍 1.6 倍 1.2 倍
标准化总功耗 1.0 倍 0.7x 0.8x 0.5x
性能功耗比 1.0 倍 1.7 倍 2x 2.4 倍

7 系列 FPGA 和 Zynq 7000 SoC

7 系列器件和 Zynq 7000 SoC 是创新采用高性能低功耗工艺 (28HPL) 生产的 28nm FPGA 及 SoC,与前代产品系列相比,总体功耗锐降 50%,可提供出色的性能功耗比。架构与模块级创新包括:

  • Dynamic Function eXchange (DFX),用于降低静态功耗
  • 多模式 I/O 控制
  • 智能时钟门控技术
  • 电源分级和电压调节

优化的供电解决方案

电源管理需求多种多样,且往往因具体应用场景而异。因此,没有统一的电源管理设计能够提供优化的解决方案。AMD 与业界领先的电源管理公司(如下所列)合作,提供面向常见应用场景的多样化参考设计,以及有关 AMD 产品电源需求的整体指南。

硬件验证电源解决方案

硬件验证电源参考设计旨在符合针对特定器件或器件系列的所有 AMD 电源规范。硬件验证参考设计可确保电源解决方案已经过专门构建和测试,符合 AMD 电压、电流及时序控制规范。性能数据和设计文件由电源供应商提供,可加快您的设计流程。

非硬件验证解决方案

非硬件验证解决方案旨在符合 AMD 所有电源规范,并符合目标器件或器件系列的要求。虽然没有经过硬件验证,但数据表规范可为他们提供保证。

硬件验证参考设计

供应商 参考设计 自适应 SoC 系列 电源轨分组
Analog Devices, Inc Versal 电源参考设计 AI Core,Prime,AI Edge 最小化电源轨 
MAXREFDES1238 
Andapt 面向 Versal Premium 低电流应用的可编程供电方案 出色 最小化电源轨
面向 Versal Premium 低电流应用的可编程供电方案
Monolithic Power Systems 效率优化 EVREF105A AI Core,Prime,AI Edge 最小化电源轨
尺寸优化 EVXLVA_02-A 
Infineon EV-121-D AI Core,Prime,AI Edge 最小化电源轨
Renesas VERSALDEMOZ1 AI Core,Prime,AI Edge 最小化电源轨
ISLVERSALDEMO2Z 宇航级 AI Core,AI Edge 全功能电源管理
德州仪器 (TI) PMP22165 AI Core,Prime,AI Edge 最小化电源轨
Versal XQR 宇航级 ADM-VA600  宇航级 AI Core,AI Edge
PMP23227 车规级供电解决方案 AI Core,Prime,AI Edge 最小化电源轨

非硬件验证参考设计

供应商 参考设计 自适应 SoC 系列 电源轨分组
Analog Devices, Inc 支持 PS 过驱动的多相 PoL 设计 出色 最小化电源轨
高度集成和优化的供电解决方案 全功能电源管理
支持高效和电源管理的供电方案 HBM 全功能电源管理
Andapt 面向 Versal Premium 低电流应用的可编程供电方案 出色 最小化电源轨
面向 Versal Premium 低电流应用的可编程供电方案
Monolithic Power Systems 尺寸和效率优化设计 出色 最小化电源轨,全功能电源管理
面向 AI Edge 的尺寸优化供电方案(商用) AI Edge 最小化电源轨,全功能电源管理
面向 AI Edge 的效率优化供电方案(车规级)
面向 AI Edge 的尺寸优化供电方案(车规级)
面向 Versal HBM 的效率优化供电方案 HBM 最小化电源轨,全功能电源管理

硬件验证参考设计

供应商 参考设计 器件系列 目标器件
Infineon AMD ZCU111 评估板 RFSoC 第 1 代 ZU21 -ZU29
Monolithic Power Systems EVREF0102A - RFSoC 模拟电源模块板
RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29
EVREF0106 – 适用于 RFSoC 模拟电源轨的经验证超低噪声电源模块 所有 RFSoC  所有 RFSoC 
EVREF0107 - 超低噪声电源模块  Versal RF 系列 所有 RFSoC 和 Versal RF
Intersil-Renesas ISL8024DEMO2Z - RFSoC 模拟电源模块板 RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29

非硬件验证参考设计

供应商 参考设计 器件系列
目标器件
Monolithic Power Systems
使用电源模块的尺寸优化解决方案
RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29
具有内部排序功能的高度集成解决方案 RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29
尺寸优化模块化电源解决方案 RFSoC 第二代,RFSoC 第三代 ZU39 - ZU49
效率优化分立式电源解决方案 RFSoC 第二代,RFSoC 第三代 ZU39 - ZU49
采用 PMBus 的模块化电源解决方案 RFSoC 第二代,RFSoC 第三代 ZU39 - ZU49

硬件验证参考设计

供应商 参考设计 目标器件
Infineon 12 种高度优化且可扩展的基于 PMIC 的解决方案,具有集成的电源时序(应用场景 1、2、3) ZU2 - ZU9
Dialog Semiconductor 兼具成本与尺寸优化特性的可扩展电源解决方案,提供全功能电源管理灵活性(应用场景 4)1 ZU2 - ZU19
德州仪器 (TI) 25-30W 远程无线电头端(应用场景 2)1 ZU9、ZU15
面向 ZU2 至 ZU5 系列器件的优化型可扩展电源解决方案(应用场景 1、2、3、4)1 ZU2 - ZU5
面向 Zynq US+ MPSoC 器件的可编程电源解决方案(应用场景 1、2、3、4)1
ZU2 - ZU19
Intersil-Renesas 面向低功耗应用的高度优化分立式和模块化解决方案(应用场景 1)1 ZU2、ZU3 
面向更高功率应用的高度优化分立式和模块化解决方案(应用场景 2)1 ZU11、ZU15、ZU17、ZU19
Monolithic Power Systems 可扩展模块化解决方案(应用场景 1)1 ZU2 - ZU19
Analog Devices KnightRider - 符合汽车 ASIL-D 标准的供电板 所有车规级 ZU+ (XA)
NXP 面向车规级 MPSoC 的高度集成 ASIL PMIC 解决方案 ZU2 - ZU15
Andapt 面向 MPSoC 最小化电源轨分组的可编程电源管理解决方案 所有 ZU+
面向 MPSoC 全功能电源管理轨分组的可编程电源管理解决方案 所有 ZU+

注 1:有关 Zynq UltraScale+ 器件应用场景的详细信息,请参阅 UG583 的“面向 Zynq UltraScale+ MPSoC 的电源整合解决方案”部分。

非硬件验证参考设计

供应商 参考设计 目标器件 电源轨分组
Monolithic Power Systems 成本与尺寸双优的供电方案 ZU1 - ZU3 最小化电源轨与全功能电源管理

硬件验证参考设计
供应商 参考设计 产品系列
目标器件
TDK 空间优化型电源模块解决方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Andapt 面向 Artix US+ 的低功耗 PMIC 解决方案  Artix UltraScale+ 所有 AU+
非硬件验证参考设计
供应商 参考设计 产品系列 目标器件
Monolithic Power Systems 成本与尺寸双优的供电方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Zynq UltraScale+ 成本优化参考设计 Zynq Ultrascale+ ZU1/2/3
Analog Devices 低成本最小化电源轨解决方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Empower Semi 面向 FPGA、ASIC 和 SoC 的高性能灵活解决方案  Artix UltraScale+ 所有 AU+
德州仪器 (TI) TIDA-01480 Zynq Ultrascale+ ZU2-5
onsemi 分立式供电解决方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
最小化电源轨和电源管理解决方案 Zynq Ultrascale+ ZU1/2/3

硬件验证参考设计

供应商 参考设计 产品系列 目标器件
Intersil/Renesas AMD VCU128 评估板 Virtex UltraScale+ VU37P/VU19P1
Monolithic Power Systems 面向 Kintex UltraScale + 的空间优化模块化解决方案 Kintex UltraScale+ 所有 KU+
高功率密度分立式解决方案 Virtex UltraScale+ VU19P-VU57P
使用模块的完全集成解决方案 Virtex UltraScale+ VU19P-VU57P
Cyntec

面向 Virtex UltraScale+ 的可扩展模块化解决方案

Virtex UltraScale+

VU37P

德州仪器 (TI) 适用于移动无线电基站的 PMP10555 电源解决方案(支持 PMBus 协议) Virtex/Kintex UltraScale+ 所有 KU+、VU3P-VU13P
Andapt 面向最小化电源轨的可编程 PMIC 解决方案 Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
面向最小化电源轨的可编程 PMIC 解决方案 Virtex UltraScale+ VU3P、VU5P、VU7P
面向全功能电源管理的可编程 PMIC Virtex UltraScale+ VU31P、VU33P、VU35P

非硬件验证参考设计

供应商 参考设计 产品系列 目标器件
Monolithic Power Systems 效率优化供电解决方案 Virtex UltraScale+ VU3P-VU13P、VU31P-VU37P
尺寸优化供电解决方案 Virtex UltraScale+ VU3P-VU13P、VU31P-VU37P
尺寸或效率优化供电解决方案 Virtex UltraScale+ VU19P、VU27P/29P、VU47P/49P、VU57P
集成了时序控制的供电解决方案 Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
尺寸优化供电解决方案 Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
onsemi 可扩展供电解决方案 Virtex UltraScale+ 所有 VU+
可扩展供电解决方案 Kintex UltraScale+ 所有 KU+

硬件验证参考设计

供应商 参考设计 产品系列 目标器件
Infineon Avnet Kintex UltraScale 开发板   KU040
Analog Devices Virtex UltraScale FPGA 多 100G 光纤网络平台 Virtex UltraScale VU095、VU125、VU160、VU190
德州仪器 (TI) 用于 GTH 和 GTY 串行收发器的低噪声电源 Kintex UltraScale KU025-KU115
Virtex UltraScale FPGA 电源解决方案(带遥测选件) Virtex UltraScale VU065 - VU440
Kintex UltraScale FPGA 电源解决方案(带遥测选件) Kintex UltraScale KU025-KU115
Alpha 数据,加固型抗辐射电源解决方案(第三方主板) 宇航级 Kintex Ultrascale XQRKU060
Renesas 面向 AMD XQRKU060 FPGA 的宇航级电源解决方案 宇航级 Kintex Ultrascale XQRKU060
Andapt 面向 Kintex UltraScale 的可编程 PMIC Kintex UltraScale 所有 KU

非硬件验证参考设计

供应商 参考设计 产品系列 目标器件
Monolithic Power Systems 具有可扩展 VCCINT 的尺寸优化电源模块解决方案 Kintex UltraScale 所有 KU

供应商 参考设计 目标器件
Renesas 基于 Avnet MiniZed 主板的成本和空间优化 Zynq 7000S 解决方案 7Z007S
面向 Zynq 7000 系列的可扩展、灵活型电源解决方案,兼具成本与尺寸优化特性 高达 ZC7020
ISL91211AIK-REFZ 所有 Zynq 7000
德州仪器 (TI) 面向 Zynq 7000 SoC 的高度可扩展集成型电源参考设计 所有 Zynq 7000
低功耗 Zynq 7000 和 DDR3 电源解决方案 ZC7010、ZC7020
高功率 Zynq 7000 电源管理解决方案 ZC7035、ZC7040
面向 Zynq 7010 的紧凑型集成 PMIC 电源解决方案 ZC7010
EXAR 工业以太网电源管理参考设计 ZC7020
Monolithic Power Systems 工业以太网电源管理参考设计 ZC7020
Zynq 7000(成本优化)分立式解决方案 所有 Zynq 7000
Zynq 7000(成本优化)模块解决方案
NXP Zynq 7020 ZED 板优化管理参考设计 ZC7020
Analog Devices Zynq 7000 高速网络解决方案 ZC7100

硬件验证参考设计

供应商 参考设计 目标器件
德州仪器 (TI) 面向 Artix 7 FPGA 的高度可扩展集成电源参考设计 所有 Artix 7
Analog Devices, Inc Artix 7 ARTY 开发板 A35T
Artix 7 Basys 3 评估板
Renesas ISL91211A-BIK-REFZ 参考板 所有 Artix 7

非硬件验证参考设计

供应商 参考设计 目标器件
Monolithic Power Systems 分立式 Artix 7 参考设计 XC7A12T - XC7A200T
模块化 Artix 7 参考设计
onsemi 分立式 Artix 7 参考设计 所有 Artix 7

硬件验证参考设计

供应商 参考设计 目标器件
Monolithic Power Systems 可扩展的成本和空间优化 Spartan 7 解决方案 S6 - S100
集成了时序控制的分立式电源解决方案 S6 - S100
德州仪器 (TI) 面向 Spartan 7 FPGA 的高度可扩展集成电源参考设计 所有 Spartan 7

Renesas
面向 Spartan 7 的可扩展、灵活型电源解决方案,兼具成本与尺寸优化特性 S6 - S100
ISL91211BIK-REF2Z 参考板 所有 Spartan 7
Andapt 硬件验证电源管理参考设计 所有 Spartan 7
ROHM REF67001 工业电源参考设计 所有 Artix 7/Spartan 7

非硬件验证参考设计

供应商 参考设计 目标器件
Analog Devices, Inc. Artix 7 和 Spartan 7 PMIC 解决方案 所有 Artix 7 和 Spartan 7
MPS Spartan 7 成本优化分立式解决方案
Spartan 7 尺寸优化模块解决方案
onsemi 分立式 Spartan 7 参考设计  所有 Spartan 7


注意:所有解决方案均由具体电源供应商负责。请联系适当的电源供应商,了解供货情况等更多详情。

将您的 XPE 或 PDM 上传至供应商工具

研讨会和应用指南

类型 供应商 描述 目标器件

 研讨会
AMD 专为 AMD 自适应 SoC 与 FPGA 精准功耗估算打造的 AMD Power Design Manager 工具 所有 AECG
AMD/MPS 面向 FPGA 和自适应 SoC 的低功耗设计
Monolithic Power Systems 在全球创新单芯片自适应无线电平台上,利用 MPS 电源解决方案进行设计 Zynq UltraScale+ RFSoC
德州仪器 (TI) 如何快速设计 AMD FPGA 和 SoC 的电源轨 Spartan 7 FPGA、Artix 7 FPGA 和 Zynq 7000 SoC


应用指南
AMD XAPP1375 - 简化的电源时序控制 所有器件
XAPP1394 - 温度相关动态电压调节实现 Versal™ 动态电压调节器件
onsemi 面向 ASIL-C 的 Zynq UltraScale+ MPSoC 车规级电源解决方案 Zynq UltraScale+ MPSoC
Monolithic Power Systems MPS 电源模块提供面向 AMD Zynq UltraScale+ RFSoC 的紧凑型超低噪声解决方案 Zynq UltraScale+ RFSoC
Renesas 采用 Dialog PMIC 实现功能安全的车规级 AMD Zynq UltraScale+ MPSoC Zynq UltraScale+ MPSoC
德州仪器 (TI) 使用 TPS65086x PMIC 为 AMD Zynq™ UltraScale+™ MPSoC 供电 Zynq UltraScale+ MPSoC
AMD Versal AI Edge 系列电源设计 Versal AI Edge 系列

供电工具

AMD 的供电合作伙伴提供直观的工具来加速电源设计、上市进程和 PDN 仿真,以确保可靠而卓越的供电性能。您可以将 AMD 电源文件上传至选定的供应商工具中,以实现无缝的功耗估算流程,从而定义您的供电解决方案。

供应商 描述 特性
Andapt WebAmP R.D FPGA/SoC 电源管理设计工具
Flex Power Modules Flex Power Designer 工具 供电设计和仿真
导入 XPE 文件
ProGrAnalog LoadSlammer PDN 验证工具 对硬件中的供电网络进行评估/验证
Renesas PowerCompass 多负载配置器和 iSim CAD、供电设计和仿真导入 XPE、XML 和 PWR 文件
Andapt WebAmP R.D FPGA/SoC 电源管理设计工具

注意:所有工具均由具体电源供应商负责。有关如何使用的更多信息和说明,请咨询相应的电源供应商。

供电合作伙伴

散热设计

低估应用的散热设计限制因应用类型和终端市场差异显著,低功耗设计在高温环境可能遭遇与高功耗设计在低温环境下相同的热挑战。因此,充分了解系统的极限,对于开发成功且具有成本效益的产品至关重要。原因是,散热解决方案的过度设计会给设计带来额外的成本和复杂性。

为此,AMD 为所有当前器件提供 DELPHI 散热模型,这些模型同时支持 Siemens FlothermAnsys IcePak

热仿真是电路板设计中的一个关键步骤,正如电路板方法流程图中所示,最初估计的结果应该用于散热解决方案的验证。

Thermal Power Efficiency Chart

散热设计合作伙伴

并非所有的客户都能获得热仿真工具或资源来运行热仿真,通过 AMD 联盟计划,您可以联系具备散热设计资质的合作伙伴

封装选择

在选择器件时,为实现成功的散热设计,选择合适的封装至关重要。AMD 器件提供多种封装类型,以适应不同客户的需求。然而,从散热性能方面考虑,无盖封装可提供出色的散热效果。AMD 器件提供以下几种封装:

裸片 – 封装代号 (SB/VB)

  • “B”表示裸片,S 表示 0.8mm,V 表示 0.92mm 封装间距

有盖 (SF/VF)

  • “F”表示锻造盖,S 表示 0.8mm,V 表示 0.92mm 封装间距

无盖封装 (VS/LS)

  • “S”表示加强环,V 表示 0.92mm,L 表示 1mm 间距
  • 提供出色的散热性能

无盖悬垂式封装 (VI)

  • “I”表示带有封装开销的加强环(封装基板大于 BGA 占地面积)
  • “V”表示 0.92mm 封装间距
  • 提供出色的散热性能

功耗估算

AMD 提供业界出众的工具,可在设计实现前精确预估功耗,支持各设计阶段的低功耗优化,并提供全面的分析功能以指导用户进行优化。以下列举多款 AMD 业界领先的电源相关工具组合(涵盖硬件与软件工具),助力设计人员即刻开展开发工作。

Evaluation Board

开始使用 Zynq™ UltraScale+™ MPSoC ZCU102 评估套件进行开发

ZCU102 评估套件可帮助设计人员快速开始针对汽车、工业、视频和通信领域的应用进行设计。

资源

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