跟着FPGA的密度越来越高,规划者们正在节能降耗方面获得越来越多的发展。呈现下降功耗这一趋势的另一个原因是FPGA正在越来越广泛地应用于智能手机、媒体播放器、游戏机、卫星导航设备以及数码相机/摄像机等便携式设备傍边。关于消费电子设备以及医疗、工业,乃至军事设备来说,功耗或许算是挑选FPGA时最重要的要素了。体系可靠性的进步和易晋级性也是需求考虑的重要要素。挑选过程中的其他规范还包含本钱、容量、功用、功用、功率和封装等。
根据FPGA的体系规划有4个首要的功耗组成部分:
浪涌功耗
装备功耗
编程后静态功耗
动态功耗
FPGA器材的功耗组成和降耗技能由于器材所选用的底子技能的差异而有所不同,比方有SRAM、混合SRAM、Flash和抗熔FPGA技能等。根据SRAM的FPGA器材包含了一切四个首要功耗组成部分,而具有非易失性的Flash和抗熔FPGA则只要两个首要的功耗组成部分(静态和动态功耗)。
浪涌功耗——当根据SRAM的FPGA通电时,就会引起电流尖峰,这是由于易失性SRAM晶体管开始的逻辑状况不确定。这种电流便是浪涌电流,并且为数百毫安级。根据Flash的FPGA由于选用了“上电即写入(LAPU)”的装备方法,因而浪涌功耗十分小。
装备功耗——装备功耗发生在SRAM FPGA写入程序的时分,这个时分体系加电发动并从flash或许EEPROM存储器中下载比特流数据。一般装备时刻为几百毫秒,并且电流强度为数百毫安。
后编程静态功耗——该功耗是由于FPGA上很多的晶体管在器材没有进行任何作业时也会呈现少数的漏电流。这种漏电流在选用深亚微米技能制作的器材中占到了功耗量的很大一部分。而根据Flash的FPGA不需求任何“坚持电流”来坚持装备数据,因而与其他任何类型的FPGA比较,其静态功耗都是最低的。
动态功耗——该功耗是器材正在作业的时分逻辑单元的开关电流引起的。动态功耗与作业电压和开关频率成正比。
FPGA节能技巧
挑选根据Flash的FPGA,由于它是真实的单芯片解决方案,无需装备支撑,不存在浪涌功耗,并且静态功耗低。
挑选具有低功耗形式的FPGA,也称为睡觉形式,在该形式下时钟服务电路处于封闭状况,并且I/O被禁用,一起器材状况坚持不变。这就极大地下降了静态功耗。
体系时钟频率关于FPGA器材的整体功耗有巨大的影响。时钟频率与带宽功用有直接的联系,可是为了在功耗和吞吐量之间完成最佳的平衡,可认为不需求快速时钟的元件供给一个较慢的一直频率。关于那些与带宽密切相关的元件,则供给更快的时钟频率。
图:易失性存储器FPGA与非易失性存储器FPGA功耗曲线图