概述

AMD 器件透過精心選擇晶片製程和節能架構設計,在每一種產品組合中提供能效優勢,包括自適應 SoC 平台器件、Spartan™ 6 FPGA、7 系列 FPGA、UltraScale™ FPGA、UltraScale+™ FPGA 和自適應 SoC。AMD 經由一代代產品,擴大其節能能力,範圍涵蓋製程增強、架構創新、積極電壓調節和進階軟體最佳化等策略。關於個別產品組合具體的能力、晶片製程優勢和基準測試比較,請詳見下文內容。所有系列的功耗估算、散熱模型、完整軟體支援和示範板,都可公開取得。AMD 器件的電源設計,透過全面詳盡的文件、預建且通過測試的電源參考設計,以及功能強大的工具,較以往任何時候都更加簡單,可釋放您下一次設計的潛力,將自適應 SoC、SoC 或 FPGA 的功用發揮到極致。

Versal 自適應 SoC

Versal™ 自適應 SoC 是以 TSMC 的 7nm HK-MG FinFET 製程為基礎打造而成的新一代異構運算器件,透過架構創新和功耗最佳化區塊,使低功耗和高效能技術再次躍進。Versal AI Engine 架構可針對運算密集,省下高達 40% 的電力 

  • 硬體化區塊 RAM、UltraRAM 和 DSP 區塊,提高了器件效率
  • 更有效率的 DSP 區塊,增強的複數和浮點數學運算
  • 未使用的區塊 RAM 支援功率閘控以避免漏電
  • UltraRAM 初始化和寬度可配置性,減少了對外部 RAM/ROM 的需求

Versal 自適應 SoC 硬體化和可程式化區塊的結合,使設計人員能透過採用上一代節能技術、獲得改善的電源管理、新式電壓和頻率調節,以及整合式系統監測,實現電路板層級智慧電源管理,進而最大化每瓦效能。

UltraScale+ FPGA

UltraScale+ 器件系列以 TSMC 的 16nm FinFET+ 高效能、低功耗半導體製程打造而成,相較於 7 系列 FPGA 和 SoC,整體器件層級功耗最高省下 60%。架構上的增強之處包括:

  • 以硬體為基礎的時脈閘控
  • 硬體化區塊 RAM 串聯
  • DSP 區塊效率
  • 功率最佳化收發器

UltraScale+ 系列透過架構創新和主核心結構的雙電壓操作,在提高整體效能的同時降低功耗,讓 7 系列的每瓦效能表現增加一倍以上。

UltraScale+ FPGA 節能比較表

  7 系列
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
操作電壓 (VCCINT) 1 V 0.95 V 0.85 V 0.72 V
正規化結構效能 1.0 倍 1.2 倍 1.6 倍 1.2 倍
正規化總功耗 1.0 倍 0.7x 0.8x 0.5x
每瓦效能 1.0 倍 1.7 倍 2x 2.4 倍

Zynq UltraScale+ MPSoC

除了 UltraScale+ FPGA 邏輯的所有省電能力外,Zynq™ UltraScale+ MPSoC 還利用處理系統中的多個功率島和域,進行粗粒和細粒動態功率閘控,並根據效能需求不斷調整耗電量,以降低器件的整體功耗。

UltraScale FPGA

UltraScale FPGA 系列是以 TSMC 的低功耗 20nm 半導體製程打造而成,配上重要的靜態與功率閘控功能,相較於 7 系列 FPGA,整體器件層級節能可高達 40%。與 UltraScale+ 器件相同,在架構上亦有下列增強之處:

  • 以硬體為基礎的時脈閘控
  • 硬體化區塊 RAM 串聯
  • DSP 區塊效率
  • 功率最佳化收發器

UltraScale 節能比較表

  7 系列
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
操作電壓 (VCCINT) 1 V 0.95 V 0.85 V 0.72 V
正規化結構效能 1.0 倍 1.2 倍 1.6 倍 1.2 倍
正規化總功耗 1.0 倍 0.7x 0.8x 0.5x
每瓦效能 1.0 倍 1.7 倍 2x 2.4 倍

7 系列 FPGA 和 Zynq 7000 SoC

作為唯一採用高效能、低功耗製程 (28HPL) 製造的 28nm FPGA 和 SoC,7 系列器件和 Zynq 7000 SoC 相較於上一代系列,總功耗降低最高達 50%,與同級 28nm 解決方案相比,每瓦效能更優異。架構上和區塊層級的創新包括:

  • 支援靜態節能的動態功能交換 (DFX)
  • 多模式 I/O 控制
  • 智慧時脈閘控
  • 功率分箱 (power binning) 和電壓調節

最佳化電力傳輸解決方案

電源管理要求甚為多樣,而且往往是某個使用案例所特有。所以,欲尋求最佳解決方案,就不存在所謂一體適用的電源管理設計。AMD 與領先業界的電源管理公司(如下所示)攜手合作,共同提供各種可對應常見使用案例的參考設計,以及 AMD 產品電源要求的整體指引。

硬體驗證的電源解決方案

硬體驗證的電源參考設計,目的在於滿足目標器件或器件系列的所有 AMD 電源規格。硬體驗證的參考設計,可確保電源解決方案經過專門設計和測試,足以符合 AMD 電壓、電流和順序規格。效能資料和設計檔案由電源供應商提供,協助加快您的設計腳步。

非硬體驗證的解決方案

非硬體驗證的解決方案,目的在於滿足所有 AMD 電源規格,且將滿足目標器件或器件系列的要求。儘管未經過硬體驗證,仍可依資料表規格獲得確保。

硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 自適應 SoC 系列 電源佈線分組
Analog Devices, Inc Versal 電源參考設計 AI Core、Prime、AI Edge 最少佈線 
MAXREFDES1238 
Andapt 適用於低電流 Versal Premium 的可程式化電力傳輸 Premium 最少佈線
適用於低電流 Versal Premium 的可程式化電力傳輸
Monolithic Power Systems 效率最佳化 EVREF105A AI Core、Prime、AI Edge 最少佈線
尺寸最佳化 EVXLVA_02-A 
Infineon EV-121-D AI Core、Prime、AI Edge 最少佈線
Renesas VERSALDEMOZ1 AI Core、Prime、AI Edge 最少佈線
ISLVERSALDEMO2Z 航太級 AI Core、AI Edge 完整電源管理
Texas Instruments PMP22165 AI Core、Prime、AI Edge 最少佈線
Versal XQR 航太級 ADM-VA600  航太級 AI Core、AI Edge
PMP23227 汽車電力傳輸解決方案 AI Core、Prime、AI Edge 最少佈線

非硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 自適應 SoC 系列 電源佈線分組
Analog Devices, Inc 支援 PS 過驅的多相 PoL 設計 Premium 最少佈線
高度整合和最佳化的電力傳輸解決方案 完整電源管理
高效率和支援電源管理的電力傳輸 HBM 完整電源管理
Andapt 適用於低電流 Versal Premium 的可程式化電力傳輸 Premium 最少佈線
適用於低電流 Versal Premium 的可程式化電力傳輸
Monolithic Power Systems 尺寸和效率最佳化設計 Premium 最少佈線、完整電源管理
AI Edge 的尺寸最佳化電力傳輸(商用) AI Edge 最少佈線、完整電源管理
AI Edge 的效率最佳化電力傳輸(汽車)
AI Edge 的尺寸最佳化電力傳輸(汽車)
Versal HBM 的效率最佳化電力傳輸 HBM 最少佈線、完整電源管理

硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 器件系列 目標器件
Infineon AMD ZCU111 評估板 RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29
Monolithic Power Systems EVREF0102A - RFSoC 類比電源模組板
RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29
EVREF0106 – 超低雜訊電源模組,經驗證適用於 RFSoC 類比佈線 所有 RFSoC  所有 RFSoC 
EVREF0107 - 超低雜訊電源模組  Versal RF 系列 所有 RFSoC 和 Versal RF
Intersil-Renesas ISL8024DEMO2Z - RFSoC 類比電源模組板 RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29

非硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 器件系列
目標器件
Monolithic Power Systems
使用電源模組的尺寸最佳化解決方案
RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29
支援內部定序的高度整合解決方案 RFSoC 第 1 代 ZU21 - ZU29
尺寸最佳化的模組化電源解決方案 RFSoC 第 2 代、RFSoC 第 3 代 ZU39 - ZU49
效率最佳化的獨立電源解決方案 RFSoC 第 2 代、RFSoC 第 3 代 ZU39 - ZU49
支援 PMBus 的模組化電源解決方案 RFSoC 第 2 代、RFSoC 第 3 代 ZU39 - ZU49

硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 目標器件
Infineon 12 項整合上電定序功能的高度最佳化和可擴充 PMIC 型解決方案(使用案例 1、2、3) ZU2 - ZU9
Dialog Semiconductor 成本和占用空間最佳化的可擴充電源解決方案,提供完整電源管理彈性(使用案例 4)1 ZU2 - ZU19
Texas Instruments 25-30W 遠端無線電頭端(使用案例 2)1 ZU9、ZU15
適用於 ZU2 至 ZU5 的最佳化和可擴充電源解決方案(使用案例 1、2、3、4)1 ZU2 - ZU5
適用於 Zynq US+ MPSoC 器件的可程式化電源解決方案(使用案例 1、2、3、4)1
ZU2 - ZU19
Intersil-Renesas 適用於低功率應用的高度最佳化獨立和模組型解決方案(使用案例 1)1 ZU2、ZU3 
適用於高功率應用的高度最佳化獨立和模組型解決方案(使用案例 2)1 ZU11、ZU15、ZU17、ZU19
Monolithic Power Systems 可擴充模組型解決方案(使用案例 1)1 ZU2 - ZU19
Analog Devices KnightRider - 符合汽車 ASIL-D 標準的電力傳輸板 所有汽車 ZU+ (XA)
NXP 適用於汽車 MPSoC 的高度整合 ASIL PMIC 解決方案 ZU2 - ZU15
Andapt 適用於 MPSoC 最少佈線分組的可程式化電源管理解決方案 所有 ZU+
適用於 MPSoC 完整電源管理佈線分組的可程式化電源管理解決方案 所有 ZU+

註 1:有關 Zynq UltraScale+ 器件使用案例的詳細資訊,請參閱 UG583「Zynq UltraScale+ MPSoC 電源整合解決方案」一節。

非硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 目標器件 電源佈線分組
Monolithic Power Systems 成本與尺寸最佳化電力傳輸 ZU1 - ZU3 最少佈線和完整電源管理

硬體驗證的參考設計
廠商 參考設計 產品系列
目標器件
TDK 區域最佳化電源模組解決方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Andapt 適用於 Artix US+ 的低功率 PMIC 解決方案  Artix UltraScale+ 所有 AU+
非硬體驗證的參考設計
廠商 參考設計 產品系列 目標器件
Monolithic Power Systems 成本與尺寸最佳化電力傳輸 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Zynq UltraScale+ 成本最佳化參考設計 Zynq Ultrascale+ ZU1/2/3
Analog Devices 低成本、最少佈線解決方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Empower Semi 適用於 FPGA、ASIC 與 SoC 的高效能和彈性解決方案  Artix UltraScale+ 所有 AU+
Texas Instruments TIDA-01480 Zynq Ultrascale+ ZU2-5
onsemi 獨立電力傳輸解決方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
最少佈線和電源管理解決方案 Zynq Ultrascale+ ZU1/2/3

硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 產品系列 目標器件
Intersil/Renesas AMD VCU128 評估板 Virtex UltraScale+ VU37P/VU19P1
Monolithic Power Systems 適用於 Kintex UltraScale+ 的區域最佳化模組型解決方案 Kintex UltraScale+ 所有 KU+
高功率密度獨立解決方案 Virtex UltraScale+ VU19P-VU57P
使用模組的完全整合解決方案 Virtex UltraScale+ VU19P-VU57P
Cyntec

適用於 Virtex UltraScale+ 的可擴充模組型解決方案

Virtex UltraScale+

VU37P

Texas Instruments 支援 PMBus 的 PMP10555 行動無線電基地台電源解決方案 Virtex/Kintex UltraScale+ 所有 KU+、VU3P-VU13P
Andapt 適用於最少佈線解決方案的可程式化 PMIC Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
適用於最少佈線解決方案的可程式化 PMIC Virtex UltraScale+ VU3P、VU5P、VU7P
適用於完整電源管理的可程式化 PMIC Virtex UltraScale+ VU31P、VU33P、VU35P

非硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 產品系列 目標器件
Monolithic Power Systems 效率最佳化電力傳輸解決方案 Virtex UltraScale+ VU3P-VU13P、VU31P-VU37P
尺寸最佳化電力傳輸解決方案 Virtex UltraScale+ VU3P-VU13P、VU31P-VU37P
尺寸或效率最佳化電力傳輸解決方案 Virtex UltraScale+ VU19P、VU27P/29P、VU47P/49P、VU57P
整合定序功能之電力傳輸解決方案 Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
尺寸最佳化電力傳輸解決方案 Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
onsemi 可擴充電力傳輸解決方案 Virtex UltraScale+ 所有 VU+
可擴充電力傳輸解決方案 Kintex UltraScale+ 所有 KU+

硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 產品系列 目標器件
Infineon Avnet Kintex UltraScale 開發板   KU040
Analog Devices Virtex UltraScale FPGA 多個 100G 光纖網路平台 Virtex UltraScale VU095、VU125、VU160、VU190
Texas Instruments 適用於 GTH和 GTY 串列收發器的低雜訊電源供應方案 Kintex UltraScale KU025-KU115
Virtex UltraScale FPGA 電源解決方案(含遙測選項) Virtex UltraScale VU065 - VU440
Kintex UltraScale FPGA 電源解決方案(含遙測選項) Kintex UltraScale KU025-KU115
Alpha Data,抗輻射強化電源解決方案(第三方開發板) 航太級 Kintex Ultrascale XQRKU060
Renesas 適用於 AMD XQRKU060 FPGA 的航太級電源解決方案 航太級 Kintex Ultrascale XQRKU060
Andapt 適用於 Kintex UltraScale 的可程式化 PMIC Kintex UltraScale 所有 KU

非硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 產品系列 目標器件
Monolithic Power Systems 可擴充 VCCINT 的尺寸最佳化電源模組解決方案 Kintex UltraScale 所有 KU

廠商 參考設計 目標器件
Renesas 採用 Avnet 的 MiniZed 板的成本和區域最佳化 Zynq 7000S 解決方案 7Z007S
可擴充、具彈性的電源解決方案,針對 Zynq 7000 進行成本和占用空間最佳化 高達 ZC7020
ISL91211AIK-REFZ 所有 Zynq 7000
Texas Instruments 適用於 Zynq 7000 SoC 的高度可擴充整合式電源參考設計 所有 Zynq 7000
低功率 Zynq 7000 和 DDR3 電源解決方案 ZC7010、ZC7020
高功率 Zynq 7000 電源管理解決方案 ZC7035、ZC7040
適用於 Zynq 7010 的小巧整合式 PMIC 電源解決方案 ZC7010
EXAR 工業乙太網路電源管理參考設計 ZC7020
Monolithic Power Systems 工業乙太網路電源管理參考設計 ZC7020
Zynq 7000(成本最佳化)獨立解決方案 所有 Zynq 7000
Zynq 7000(尺寸最佳化)模組解決方案
NXP Zynq 7020 ZED 板最佳化管理參考設計 ZC7020
Analog Devices Zynq 7000 高速網路解決方案 ZC7100

硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 目標器件
Texas Instruments 適用於 Artix 7 FPGA 的高度可擴充整合式電源參考設計 所有 Artix 7
Analog Devices, Inc Artix 7 ARTY 開發板 A35T
Artix 7 Basys 3 評估板
Renesas ISL91211A-BIK-REFZ 參考板 所有 Artix 7

非硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 目標器件
Monolithic Power Systems 獨立 Artix 7 參考設計 XC7A12T - XC7A200T
模組化 Artix 7 參考設計
onsemi 獨立 Artix 7 參考設計 所有 Artix 7

硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 目標器件
Monolithic Power Systems 可擴充、成本和區域最佳化的 Spartan 7 解決方案 S6 - S100
整合定序功能的獨立電源解決方案 S6 - S100
Texas Instruments 適用於 Spartan 7 FPGA 的高度可擴充整合式電源參考設計 所有 Spartan 7

Renesas
可擴充、具彈性的電源解決方案,針對 Spartan 7 進行成本和占用空間最佳化 S6 - S100
ISL91211BIK-REF2Z 參考板 所有 Spartan 7
Andapt 硬體驗證電源管理參考設計 所有 Spartan 7
ROHM REF67001 工業電源參考設計 所有 Artix 7/Spartan 7

非硬體驗證的參考設計

廠商 參考設計 目標器件
Analog Devices, Inc. Artix 7 和 Spartan 7 PMIC 解決方案 所有 Artix 7 和 Spartan 7
MPS Spartan 7 成本最佳化獨立解決方案
Spartan 7 尺寸最佳化模組解決方案
onsemi 獨立 Spartan 7 參考設計  所有 Spartan 7


附註:所有解決方案均由個別電源供應商負責。請洽詢合適的電源供應商,以瞭解更多資訊和供應情況。

將 XPE 或 PDM 上傳到供應商工具

網路研討會和應用注意事項

類型 廠商 描述 目標器件

 網路研討會
AMD AMD Power Design Manager,專為準確估算 AMD 自適應 SoC 與 FPGA 的功耗而打造 所有 AECG
AMD/MPS FPGA 和自適應 SoC 低功率設計
Monolithic Power Systems 透過 MPS 電源解決方案,在全球唯一的單晶片自行調適無線電平台上進行設計 Zynq Ultrascale+ RFSoC
Texas Instruments 如何快速設計 AMD FPGA 和 SoC 的電源佈線 Spartan 7 FPGA、Artix 7 FPGA 與 Zynq 7000 SoC


應用程式注意事項
AMD XAPP1375 - 簡化上電順序 所有器件
XAPP1394 - 溫度聯動動態電壓調節實作 Versal™ 動態電壓調節器件
onsemi 針對 ASIL-C 的 Zynq UltraScale+ MPSoC 汽車電源解決方案 Zynq UltraScale+ MPSoC
Monolithic Power Systems MPS 電源模組針對 AMD Zynq UltraScale+ RFSoC 提供小巧且超低雜訊的解決方案 Zynq UltraScale+ RFSoC
Renesas 適用於功能安全性汽車的 AMD Zynq UltraScale+ MPSoC,使用 Dialog PMIC Zynq Ultrascale+ MPSoC
Texas Instruments 使用 TPS65086x PMIC 供電至 AMD Zynq™ UltraScale+™ MPSoC Zynq UltraScale+ MPSoC
AMD Versal AI Edge 系列電源設計 Versal AI Edge 系列

電力傳輸工具

AMD 電力傳輸合作夥伴提供直覺式工具,加速電源設計、上市時間和 PDN 模擬,確保最佳且可靠的電力傳輸效能。您可以將 AMD 電源檔案上傳到精選供應商的工具,以便執行流暢的功耗估算流程,定義您的電力傳輸解決方案。

廠商 描述 功能
Andapt WebAmP R.D FPGA/SoC 電源管理設計工具
Flex Power Modules Flex Power Designer Tool 電力傳輸設計和模擬
匯入 XPE 檔案
ProGrAnalog LoadSlammer PDN 驗證工具 評估/驗證硬體中的電力傳輸網路
Renesas PowerCompass 多負載配置工具和 iSim CAD、電力傳輸設計和模擬;匯入 XPE、XML 和 PWR 檔案
Andapt WebAmP R.D FPGA/SoC 電源管理設計工具

附註:所有工具均由個別電源供應商負責。請洽詢合適的電源供應商,以瞭解更多資訊和使用說明。

電力傳輸合作夥伴

熱設計

在瞭解到y應用的熱設計限制,在不同應用類型和終端市場之間差異甚大後,高溫環境下的低功率設計,又可能會遇到與低溫環境下的高功率設計相同的熱挑戰。因此,瞭解系統限制所在,對於成功的產品和具成本效益的產品至關重要,畢竟過度設計的散熱解決方案,會對設計造成額外成本和複雜性。

為此,AMD 為所有目前器件提供 DELPHI 熱模型,支援 Siemens Flotherm 和 Ansys IcePak

熱模擬是板卡設計的關鍵步驟,如板卡方法流程圖所示,初始評估結果應該用於驗證散熱解決方案。

Thermal Power Efficiency Chart

熱設計合作夥伴

並非所有客戶都能取得熱模擬工具或執行熱模擬的資源。您透過 AMD 聯盟計畫,便可聯絡有能力進行熱設計的合作夥伴

選擇封裝

為成功進行熱設計,器件選擇的一個重要環節是選擇合適的封裝。AMD 器件有多種封裝類型,可滿足不同的客戶需求,但是從散熱的角度來看,無蓋封裝提供了最佳散熱表現。AMD 器件採用以下封裝提供:

裸晶 – 封裝標示碼 (SB/VB)

  • 「B」表示裸晶,S 表示 0.8 公釐,V 表示 0.92 公釐的封裝間距

有蓋 -  (SF/VF)

  • 「F」表示鍛造蓋,S 表示 0.8 公釐,V 表示 0.92 公釐的封裝間距

無蓋封裝 (VS/LS)

  • 「S」表示加強環,V 表示 0.92 公釐,L 表示 1 公釐的間距
  • 提供最佳散熱表現

無蓋懸空封裝 (VI)

  • 「I」表示加強環搭配懸空封裝(封裝基材大於 BGA 占用空間)
  • 「V」表示 0.92 公釐的封裝間距
  • 提供最佳散熱表現

估算功耗

AMD 提供同類最佳的工具,以利估算實作前的耗電量,最佳化每個設計階段的最低功耗,並全面分析使用者主導的最佳化。下面是各種電源相關,以及 AMD 領先業界的硬體型和軟體型工具,可供設計人員立即開始使用。

Evaluation Board

開始使用 Zynq™ UltraScale+™ MPSoC ZCU102 評估套件進行開發

ZCU102 評估套件使設計人員能夠快速推動汽車、工業、視訊和通訊應用的設計。

資源

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