電源效率

無以倫比的係統級功耗削減

概述

Xilinx 器件可通過精選芯片工藝和功耗架構設計為所有现金网博e百 組合實現高電源效率,包括自適應計算加速平台 (ACAP) 器件、Spartan®-6 FPGA 係列及 7 係列 FPGA、UltraScale™ FPGA 以及 UltraScale+™ FPGA 和自適應 SoC。對於每一代现金网博e百 ,AMD Xilinx 都不斷提升其節電功能,包括工藝改進、架構創新、電壓縮放策略以及高級軟件優化策略等。以下是特定现金网博e百 組合功能、芯片工藝優勢和基準比較的詳細信息。電源估算、熱模型、全麵軟件支持和演示板現已開始針對所有现金网博e百 係列公開提供。利用全麵的文檔、構建及測試電源參考設計以及功能強大的工具,為 AMD Xilinx 器件設計電源比以往任何時候都更便捷,其可為您新一代設計釋放所有潛力,從而可充分發揮 ACAP、SoC 或 FPGA 的優勢。

Versal ACAP

Versal® ACAP 是基於 TSMC 7nm HK-MG FinFET 工藝構建的下一代異構計算,通過架構創新和功耗優化模塊在低功耗和高性能技術方麵實現了下一次飛躍。Versal AI 引擎架構可為計算密集型提供高達 40% 的功耗降低

  • 硬化的 BRAM、UltraRAM 和 DSP 模塊可提高器件效率
  • 更高效的 DSP 模塊可用於強化複雜的浮點數學運算
  • 未使用的模塊 RAM 支持電源門控,可避免漏電
  • UltraRAM 初始化和位寬可配置性可減少對外部 RAM/ROM 的需求

Versal ACAP 硬化模塊和可編程模塊的組合助力設計者通過使用包括上一代節能技術以及改進的電源管理、全新電壓和頻率縮放以及板級智能電源管理的集成係統監控來最大限度地提升每瓦性能。

UltraScale+ FPGA

UltraScale+ 器件係列以 TSMC 16 納米 FinFET+ 高性能低功耗半導體工藝為基礎,與 7 係列 FPGA 及 SoC 相比,能將整體器件級電源節省達 60%。架構改進包括:

  • 基於硬件的時鍾門控技術
  • 硬化塊 RAM 級聯
  • DSP 模塊效率
  • 電源優化收發器

UltraScale+ 係列通過架構創新和主核結構的雙電壓工作,可將 7 係列的性能功耗比提高一倍多,能夠在提高整體性能的同時降低功耗。

UltraScale+ FPGA 功耗降低

7 係列
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
工作電壓 (VCCINT) 1V 0.95V 0.85V 0.72V
標準化結構性能 1.0x 1.2x 1.6x 1.2x
標準化總功耗 1.0x 0.7x 0.8x 0.5x
性能功耗比 1.0x 1.7x 2x 2.4x

Zynq UltraScale+ MPSoC

除了 UltraScale+ FPGA 邏輯的所有節能功能外,Zynq® UltraScale+ MPSoC 還在處理係統中利用多個電源島和域進行粗粒度及細粒度動態電源門控,從而可根據性能要求持續調節功耗,降低整體器件功耗。

UltraScale FPGA

UltraScale FPGA 係列基於 TSMC 低功耗 20 納米半導體工藝以及出色的靜態及電源門控技術,與 7 係列 FPGA 相比,能將整體器件級功耗節省達 40%。與 UltraScale+ 器件共享的架構改進包括:

  • 基於硬件的時鍾門控技術
  • 硬化塊 RAM 級聯
  • DSP 模塊效率
  • 電源優化收發器

UltraScale+ 功耗降低

7 係列
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
工作電壓 (VCCINT) 1V 0.95V 0.85V 0.72V
標準化結構性能 1.0x 1.2x 1.6x 1.2x
標準化總功耗 1.0x 0.7x 0.8x 0.5x
性能功耗比 1.0x 1.7x 2x 2.4x

7 係列 FPGA & Zynq-7000 SoC

7 係列器件和 Zynq-7000 SoC 是獨有的采用高性能低功耗工藝 (28HPL) 生產的 28 納米 FPGA 及 SoC,與前代现金网博e百 係列相比,總體功耗銳降 50%,與同類競爭 28 納米解決方案相比,可提供優異的性能功耗比。架構與模塊級創新包括:

  • 麵向靜態功效降低的 Dynamic Function eXchange (DFX)
  • 多模式 I/O 控製
  • 智能時鍾門控技術
  • 電源分級和電壓縮放

查看基準報告以及詳細基準工藝

供電解決方案

優化的供電解決方案

電源管理需求多種多樣,而且特定使用案例的需求通常是獨一無二的。因此,沒有統一的電源管理設計能夠提供優化的解決方案。AMD 與業界領先的電源管理公司(如下所列)合作,提供映射常見使用案例的各種參考設計以及有關 AMD Xilinx 现金网博e百 電源需求的整體指南。

硬件驗證的電源解決方案

硬件驗證的電源參考設計旨在符合目標器件或器件係列的所有 AMD Xilinx 電源規範。硬件驗證參考設計可確保電源解決方案已經過專門構建和測試,符合 AMD Xilinx 電壓、電流及排序規範。性能數據和設計文件由電源供應商提供,可加速您的設計過程。

非硬件驗證解決方案

非硬件驗證解決方案旨在符合 AMD Xilinx 所有電源規範,並符合目標器件或器件係列的要求。雖然沒有經過硬件驗證,但现金网博e百 說明書規範可為他們提供保證。

硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 ACAP 係列 電源軌分組
Infineon EV-121-D AI Core、Prime Minimum Rails
Intersil-Renesas VERSALDEMOZ1 AI Core 係列 Minimum Rails
Analog Devices, Inc Versal 功耗參考設計 AI Core、Prime Minimum Rails
Maxim Integrated MAXREFDES1238 AI Core、Prime Minimum Rails
Monolithic Power Systems 效率優化 EVREF105A AI Core、Prime Minimum Rails
尺寸優化的 EVXLVA_02-A AI Core、Prime Minimum Rails
Texas Instruments
PMP22165 AI Core、Prime Minimum Rails
非硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 ACAP 係列 電源軌分組
MPS 尺寸和效率優化設計 高級 最小導軌、完整電源管理
尺寸和效率優化的設計 AI Edge 最小導軌、完整電源管理
Maxim Integrated 具有 PS Overdrive 的多相 PoL 設計 高級 Minimum Rails
Analog Devices, Inc Highly Integrated & Optimized Power Delivery Solution 高級 全功耗管理 (Full Power Management)
硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 器件係列 目標器件
Infineon Xilinx ZCU111 評估板 RFSoC Gen 1 ZU21 -ZU29
Monolithic Power Systems EVREF0102A - RFSoC 模擬電源模塊板
RFSoC Gen 1 ZU21 - ZU29
Intersil-Renesas ISL8024DEMO2Z - RFSoC 模擬電源模塊板 RFSoC Gen 1 ZU21 - ZU29
非硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 器件係列
目標器件
Monolithic Power Systems
使用電源模塊的尺寸優化解決方案
RFSoC Gen 1 ZU21 - ZU29
具有內部排序功能的高度集成型解決方案 RFSoC Gen 1 ZU21 - ZU29
尺寸優化的模塊化電源解決方案 RFSoC Gen 2, RFSoC Gen 3 ZU39 - ZU49
效率優化的分立式電源解決方案 RFSoC Gen 2, RFSoC Gen 3 ZU39 - ZU49
支持 PMBus 的模塊化電源解決方案 RFSoC Gen 2, RFSoC Gen 3 ZU39 - ZU49
硬件驗證參考設計

注 1: 了解更多有關 Zynq UltraScale+ 器件用例的信息,請查看麵向 Zynq UltraScale+ MPSoC 選型的電源整合解決方案UG583

非硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 目標器件 電源軌分組
Monolithic Power Systems 成本與尺寸優化的供電解決方案 ZU1 - ZU3 最小導軌、完整電源管理
硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 现金网博e百 係列 目標器件
Intersil/Renesas Xilinx VCU128 評估板 Virtex UltraScale+ VU37P/VU19P1
Monolithic Power Systems 麵向 Kintex UltraScale+、基於區域優化模塊的解決方案 Kintex UltraScale+ 所有 KU+
高功率密度的分立式解決方案 Virtex UltraScale+ VU19P-VU57P
使用模塊的全麵集成型解決方案 Virtex UltraScale+ VU19P-VU57P
ABB 基於可擴展模塊的 Virtex UltraScale + 解決方案 Virtex UltraScale+ VU37P
Cyntec

基於可擴展模塊的 Virtex UltraScale + 解決方案

Virtex UltraScale+

VU37P

Andapt 用於最低 Rails 解決方案的可編程 PMIC Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
用於最低 Rails 解決方案的可編程 PMIC Virtex UltraScale+ VU3P、VU5P、VU7P
用於完整電源管理的可編程 PMIC Virtex UltraScale+ VU31P、VU33P、VU35P
非硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 现金网博e百 係列 目標器件
Monolithic Power Systems 效率優化的供電解決方案 Virtex UltraScale+ VU3P-VU13P、VU31P-VU37P
尺寸優化的供電解決方案 Virtex UltraScale+ VU3P-VU13P、VU31P-VU37P
尺寸或效率優化的供電解決方案 Virtex UltraScale+ VU19P、VU27P/29P、VU47P/49P、VU57P
集成型定序供電解決方案 Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
尺寸優化的供電解決方案 Kintex UltraScale+ KU3P-KU15P
硬件驗證參考設計
非硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 现金网博e百 係列 目標器件
Monolithic Power Systems 支持可擴展 VCCINT 的尺寸優化型電源模塊解決方案 Kintex UltraScale KU025-KU115
硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 现金网博e百 係列 目標器件
TDK 麵積優化的供電解決方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Andapt 用於 Artix US+ 全電源管理導軌分組的可編程供電解決方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
非硬件驗證參考設計
供應商 參考設計 现金网博e百 係列 目標器件
Monolithic Power Systems 成本與尺寸優化的供電解決方案 Artix UltraScale+ 所有 AU+
Analog Devices, Inc Low Cost, Minimum Rails Solution Artix UltraScale+ 所有 AU+

注:所有解決方案均由具體電源廠商負責。請聯係適當的電源廠商,了解供貨情況等更多詳情。

上傳您的 Xilinx 功耗估算 (XPE) 以獲得推薦的解決方案

網絡研討會和應用說明

供電工具

AMD 的供電合作夥伴提供直觀的工具來加速電源設計、上市時間和 PDN 仿真,以確保可靠和最佳的供電性能。您可以將 AMD Xilinx 電源文件上傳至選定的供應商工具中,以實現無縫的功率估算流程,從而定義您的供電解決方案。

供應商 說明 特性
Flex Power Modules Flex Power 設計者工具 供電設計和仿真
導入 XPE 文件
ProGrAnalog LoadSlammer PDN 驗證工具 硬件中供電網絡的評估/驗證
Renesas PowerCompass 多負載配置器和 iSim CAD、供電設計和仿真導入 XPE、XML 和 PWR 文件

注:所有工具均由具體電源廠商負責。有關如何使用的更多信息和說明,請谘詢相應的電源供應商。

電源管理公司

分銷合作夥伴

熱設計

熱設計:

低估應用散熱設計限製在應用類型與終端市場之間有很大的不同,高環境中較低功耗的設計可能會出現同樣的散熱挑戰,因為明顯更低環境中的高功率設計,因此怎麼理解係統局限性,是一款现金网博e百 成功與否以及低成本與否的關鍵,因為超安全標準設計一款散熱解決方案,會為設計帶來超低成本和超低複雜性。

為此,Xilinx 為所有當前器件提供 DELPHI 散熱模型,這些都支持Siemens FlothermAnsys IcePak

*Versal ACAP 模型(即將推出)

Xilinx U280 氣流及熱圖仿真
Xilinx U280 氣流及熱圖仿真
Xilinx U50 熱圖仿真
Xilinx U50 熱圖仿真

散熱仿真是電路板設計中的一個關鍵步驟,正如電路板方法流程圖中所示,最初估計的結果應該用於散熱解決方案的驗證。

board-methodology-process-chart

散熱設計合作夥伴

並不是所有的客戶都能獲得散熱仿真工具或資源來運行散熱仿真,通過 Xilinx 聯盟計劃,您可以聯係具有散熱設計能力的合作夥伴

封裝選擇

器件選擇的一個重要部分是為成功的散熱設計選擇適當的封裝。現已供貨的 Xilinx 器件提供多種封裝類型,可滿足不同客戶的需求,但從散熱角度來看,無蓋包裝可提供最好的散熱性能,Xilinx 器件采用以下封裝提供:


裸片 — 封裝標識 (SB/VB)

  • B”表示裸片,S 表示 0.8 毫米,而 V 則表示 0.92 毫米的封裝間距
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有蓋封裝 — (SF/VF)

  • F”表示鍛造的的蓋子,S 表示 0.8 毫米,而 V 則表示 0.92 毫米的封裝間距
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無蓋封裝 (VS/LS)

  • “S”表示加強環,V 表示 0.92 毫米,而 L 則表示 1 毫米的間距
  • 提供最佳散熱性能


無蓋突出封裝 (VI)

  • I”表示帶封裝開銷的加強環(封裝襯底大於 BGA 封裝)
  • V”表示 0.92 毫米的封裝間距
  • 提供最佳散熱性能
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技術文檔
工具

功耗估計

AMD 提供最佳工具大幅降低預實現功耗,在每個設計階段優化最低功耗,並提供麵向用戶控製優化的擴展分析。以下列出一係列 AMD 領先的功耗類硬件和軟件工具,幫助設計人員即刻輕鬆入門。

培訓 & 支持
視頻