AMD UltraScale™ FPGA 助力实现经验证的低功耗
UltraScale FPGA 通过制程工艺创新、架构优化和设计工具协同改进,帮助客户在满足设计性能目标的同时,实现业界领先的低功耗表现。
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
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:
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:
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:
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 |
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+ |
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 | 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
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 Flotherm 和 Ansys 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。
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)
有盖 (SF/VF)
无盖封装 (VS/LS)
无盖悬垂式封装 (VI)
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。
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。
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