Intel FPGA系列產(chǎn)品詳解

概述自從Altera被Intel收購后，似乎放棄了整個(gè)中國(guó)市場(chǎng)，Altera市場(chǎng)占有率被其他FPGA廠家所侵蝕，國(guó)內(nèi)目前還有一些公司用Altera的FPGA（CPLD居多），所以今天我們?cè)偃チ私庖幌翴ntel FPGA系列產(chǎn)品。

PS：目前國(guó)內(nèi)Xilinx ZYNQ系列使用比例非常高，其實(shí)Altera當(dāng)年對(duì)標(biāo)ZYNQ產(chǎn)品Clcyone V及Arria V系列SoC FPGA設(shè)計(jì)的架構(gòu)要比ZYNQ更加合理，但是時(shí)事造英雄，當(dāng)年Altera忙著“被”收購，導(dǎo)致SoC FPGA系列FPGA推廣被自己“扼殺”，所以國(guó)內(nèi)應(yīng)用Altera SoC FPGA的很少，相應(yīng) 的文檔很少。當(dāng)年我使用的第一款SOC FPGA就是Cyclone V（DE1-Soc），所有的問題都需要自己解決，當(dāng)時(shí)的技術(shù)支持也只有TB上 的商家，很多問題都不能解決，跑個(gè)系統(tǒng)都花費(fèi)了一個(gè)月時(shí)間，后面就轉(zhuǎn)投Xilinx的懷抱了，誒！真香！

目前，Intel FPGA主要有5個(gè)系列，分別為：Agilex、Stratix、Arria、MAX、Cyclone系列，每個(gè)系列又根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合有不同的小系列（我們稱為二級(jí)系列），因?yàn)橐恍┒?jí)系列芯片早已停產(chǎn)，我們介紹時(shí)會(huì)從二級(jí)系列最新開始介紹，向前介紹，介紹到常用系列結(jié)束為止。

從上面可以簡(jiǎn)單分兩個(gè)系列Agilex系列是收購Altera后推出的系列FPGA，其他系列基本都是Altera沒被收購時(shí)的系列FPGA。這樣區(qū)分其實(shí)沒太大意義，只是想說的是。。。從Agilex系列之后Altera基本從國(guó)內(nèi)消失了。

Agilex系列FPGA英特爾 Agilex FPGA 家族從戰(zhàn)略地位可以看做是Xilinx Ultrascale+系列對(duì)標(biāo)產(chǎn)品。

英特爾 Agilex FPGA 家族融合了英特爾 10 納米 SuperFin 制程技術(shù)、與英特爾專有嵌入式多管芯互聯(lián)橋接（EMIB）集成的 3D 異構(gòu)系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP），以及基于芯片的創(chuàng)新架構(gòu)，可為各種應(yīng)用提供定制的連接和加速功能。

這種全新架構(gòu)支持 FPGA 結(jié)構(gòu)與專用邏輯塊結(jié)合，比如收發(fā)器、處理器接口、優(yōu)化的I/O、自定義計(jì)算、英特爾 eASIC 器件和許多其他功能，從而創(chuàng)建面向每種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)獨(dú)特優(yōu)化的解決方案。英特爾 Agilex SoC FPGA 還集成了四核 Arm* Cortex-A53 處理器，可提供高系統(tǒng)集成水平。

英特爾 Agilex FPGA分為下面主要的三個(gè)系列，主要如下：

Agilex F系列FPGA英特爾 Agilex F 系列 FPGA 和 SoC FPGA 集成了帶寬高達(dá) 58 Gbps 的收發(fā)器、增強(qiáng)的 DSP 功能、高系統(tǒng)集成度和第二代英特爾 Hyperflex 架構(gòu)，適用于數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)和邊緣的各種應(yīng)用。英特爾 Agilex F 系列 FPGA 和 SoC 家族還提供集成四核 Arm* Cortex-A53 處理器的選項(xiàng)，以提供高系統(tǒng)集成度。

Agilex I系列FPGA英特爾 Agilex I 系列 SoC FPGA 針對(duì)高性能處理器接口和帶寬密集型應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。通過 Compute Express Link 提供面向英特爾 至強(qiáng) 處理器的一致性連接、增強(qiáng)型 PCIe* Gen 5 支持和帶寬高達(dá) 112 Gbps 的收發(fā)器，使得英特爾 Agilex I 系列 SoC FPGA 成為需要大量接口帶寬和高性能的應(yīng)用的理想選擇。

Agilex M系列FPGA英特爾 Agilex M 系列 SoC FPGA 針對(duì)計(jì)算密集型和內(nèi)存密集型應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。英特爾 Agilex M 系列 SoC FPGA 提供面向英特爾 至強(qiáng) 處理器的一致性連接、HBM 集成、增強(qiáng)型 DDR5 控制器和英特爾 傲騰 DC 持久內(nèi)存支持，針對(duì)需要大量?jī)?nèi)存和高帶寬的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。該產(chǎn)品家族即將上市（目前官網(wǎng)還沒上市）。

Stratix系列FPGA這一系列部分人還是很熟悉的，從戰(zhàn)略上講對(duì)標(biāo)Xilinx V系列FPGA。

設(shè)備產(chǎn)品家族Stratix 10Stratix VStratix IVStratix IIIStratix II GXStratix IIStratix GXStratix

推出年份2013 年2010 年2008 年200620052004 年2003 年2002 年

制程技術(shù)14 納米 三柵極28 納米40 納米65 納米90 納米90 納米130 納米130 納米

Stratix 10 FPGA 和 SoC 硬核處理器系統(tǒng)（HPS）Intel Stratix 10 SoC硬核處理器系統(tǒng)（HPS）是Intel業(yè)界領(lǐng)先的第三代HPS。通過采用Intel的14-nm三柵極 技術(shù)性能， Intel Stratix 10 SoC器件采用集成四核64-bit ARM Cortex-A53，實(shí)現(xiàn)了高于上一代SoC兩倍的性能。HPS通過增添一個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)器管理單元也實(shí)現(xiàn)了全系統(tǒng)硬件虛擬化功能。這些在體系結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)確保了 Intel Stratix 10 SoC將滿足當(dāng)前和未來嵌入式市場(chǎng)的要求，包括：無線和有線通信，數(shù)據(jù)中心加速以及眾多軍事應(yīng)用。

英特爾的 28 納米 Stratix V FPGA 在高端應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了高帶寬、高系統(tǒng)集成度，不但非常靈活，而且降低了成本和總功耗。

Stratix IV系列雖然現(xiàn)在應(yīng)用也很多，這里就不過多介紹了，有興趣的請(qǐng)移步：https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/details/fpga/stratix/iv.html？wapkw=stratix%20iv

Arria系列FPGAArria系列從戰(zhàn)略角度講對(duì)標(biāo)的是Xilinx K系列FPGA。

英特爾 Arria 設(shè)備家族可提供中端市場(chǎng)中的最佳性能和能效。英特爾 Arria 設(shè)備家族擁有豐富的內(nèi)存、邏輯和數(shù)字信號(hào)處理 （DSP） 模塊特性集，以及高達(dá) 25.78 Gbps 收發(fā)器的卓越信號(hào)完整性，支持您集成更多功能并最大限度地提高系統(tǒng)帶寬。此外，Arria V 和英特爾 Arria 設(shè)備家族的 SoC 產(chǎn)品可提供基于 ARM 的硬核處理器系統(tǒng) （HPS），從而進(jìn)一步提高集成度和節(jié)省更多成本。

各代Arria FPGA

家族Arria GXArria II GXArria II GZArria V GX， GT， SXArria V GZArria 10

推出年份200720092010 年201120122013 年

制程技術(shù)90 納米40 納米40 納米28 納米28 納米20 納米

Arria 10 FPGA 和 SoC借助公開可用的 OpenCores 設(shè)計(jì)，英特爾 Arria 10 FPGA 的內(nèi)核性能不僅顯著高于競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，并且還提供了高達(dá) 20% 的 Fmax 優(yōu)勢(shì)。此外，英特爾 Arria 10 家族提供可編程邏輯行業(yè)唯一基于 20 納米 ARM* 的 SoC，可提供高達(dá) 1.5 GHz 的時(shí)鐘頻率。英特爾 Arria 10 家族還首次在 FPGA 中提供了對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算的強(qiáng)化支持，從而將 DSP 性能提升到新的水平。

主要分為以下三個(gè)系列：

Arria 10 FPGA 和 SoC選型參考Arria 10 GX器件

Arria 10 GT

Arria 10 SX

Arria 10 FPGA 和 SoC命名規(guī)則Arria 10 GX器件

自適應(yīng)邏輯模塊-ALM如圖 1 所示，增強(qiáng)的 ALM 具有 8 個(gè)輸入，包括一個(gè)可拆分查找表 （LUT）、兩個(gè)專用嵌入式加法器和 4 個(gè)專用寄存器。

實(shí)施基于 7 - 輸入 LUT 的選定函數(shù)、所有 6 - 輸入邏輯函數(shù)和兩個(gè)獨(dú)立函數(shù)（由更小的 LUT 組成，如兩個(gè)獨(dú)立的 4 輸入 LUT），以優(yōu)化內(nèi)核利用率。為每個(gè) 8 - 輸入可拆分 LUT 提供 4 個(gè)寄存器。這支持 器件最大限度提升核心性能和核心邏輯利用率，并為寄存器密集型和高度管道化設(shè)計(jì)提供更輕松的時(shí)序收斂。

ALM 特性與優(yōu)勢(shì)

每 ALM 的可用資源優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)

8-輸入可拆分LUT可實(shí)施任何 6 - 輸入邏輯函數(shù)和特定 7 - 輸入函數(shù)，可拆分為更小的獨(dú)立 LUT，如兩個(gè)獨(dú)立的 4 - 輸入 LUT英特爾 Quartus 設(shè)計(jì)軟件具有可拆分性，并針對(duì)性能、效率、功耗和面積進(jìn)行了優(yōu)化

兩個(gè)嵌入式加法器支持兩個(gè)兩位加法或兩個(gè)三位加法，無需任何額外的資源可以從相同的 ALM 中生成操作數(shù)，無需任何額外的邏輯

4 個(gè)寄存器最佳寄存器邏輯比率，以確保器件不受寄存器限制豐富的寄存器，以提升寄存器密集型應(yīng)用或管道設(shè)計(jì)的性能

4 個(gè)輸出可以在兩個(gè)輸出函數(shù)之間分配單個(gè) ALM 的輸入，支持快速運(yùn)行廣泛的輸入函數(shù)，以及窄輸入函數(shù)高效利用剩余資源

MLAB英特爾 Stratix 系列 FPGA 的核心包括一個(gè)邏輯陣列模塊，該模塊由普通的 ALM 組成，或被配置為簡(jiǎn)單的 640 位雙端口 SRAM 模塊（被稱作 MLAB）MLAB 可以被配置為 64 x 10 或 32 x 20 簡(jiǎn)單雙端口 SRAM 模塊。MLAB 經(jīng)過優(yōu)化，可以 600-MHz 時(shí)鐘速度的最大性能來實(shí)施過濾器延遲線、小型 FIFO 緩沖器和移位寄存器

Arria V FPGA 和 SoC架構(gòu)

可以分為如下幾個(gè)系列：

Arria V FPGA 和 SoC匯總

Intel MAX 系列FPGA/CPLDIntel MAX 系列FPGA/FPGA 戰(zhàn)略上對(duì)標(biāo)的是Xilinx的CPLD系列。

這個(gè)系列本來是Altera系列CPLD，但是后續(xù)Intel將這一些更改，將CPLD更改為FPGA（小型），這一更改或許代表著未來CPLD的發(fā)展（后續(xù)市場(chǎng)上或?qū)⒉辉儆蠧PLD）。

這一系列改變主要架構(gòu)還是CPLD，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是FPGA，所以不能稱為CPLD，更像是CPLD+FPGA，Intel推廣時(shí)還是將這一些列作為CPLD推廣。

所以這里需要分為兩個(gè)系列分別介紹。

系列成熟的 CPLD 家族 MAX II CPLDMAX IIZ CPLDMAX V CPLD英特爾 MAX 10 FPGA

推出年份1995 - 20022004 年20072010 年

制程技術(shù)0.50-0.30 微米180 納米180 納米180 納米

主要功能5.0 V I/O較多的 I/O 數(shù)量低靜態(tài)功耗低成本、低功耗

Intel MAX 10 系列FPGA英特爾MAX 10 FPGA 提高了外部系統(tǒng)組件功能的集成度，從而降低了系統(tǒng)級(jí)成本。與 CPLD 不同，55 納米英特爾 MAX 10 FPGA 包括 FPGA 的全部功能，例如數(shù)字信號(hào)處理 （DSP）、帶有模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器 （ADC）和溫度傳感器的模擬模塊、嵌入式軟核處理器支持、存儲(chǔ)控制器和雙配置閃存。

大約一下幾種芯片：

系列FPGA架構(gòu)如下：

Intel MAX V 系列CPLD實(shí)現(xiàn)了低成本、低功耗和片上特性，MAX V CPLD 是市場(chǎng)上最有價(jià)值的設(shè)備。MAX V 設(shè)備采用獨(dú)特的非易失性架構(gòu)，提供可靠的全新特性，總功耗比競(jìng)品 CPLD 降低多達(dá) 50%。MAX V 設(shè)備非常適合許多細(xì)分市場(chǎng)中的通用及功耗和空間受限設(shè)計(jì)，包括固網(wǎng)、無線、工業(yè)、消費(fèi)類、計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)，以及廣播和軍事等。MAX V CPLD 被利用在廣泛的各種應(yīng)用中，它們過去只能在上一代 ASIC、ASSP、FPGA 和分立邏輯器件中實(shí)現(xiàn)。

Intel Cyclone系列FPGA這一些列戰(zhàn)略上應(yīng)該對(duì)標(biāo)的是Xilinx S系列。

這一系列FPGA應(yīng)該是大家最熟知的，Altera在國(guó)內(nèi)推廣的系列，很多大學(xué)的課程設(shè)計(jì)使用 的FPGA應(yīng)該都是Altera Cyclone系列FPGA，而且很多人的啟蒙FPGA應(yīng)該也是這一系列FPGA（很多開發(fā)板都是這一系列FPGA），資料就不用多說了。

這里就簡(jiǎn)單介紹一下Cyclone 10、Clcyone V 及ClCyone IV（簡(jiǎn)單介紹）。

FPGACyclone FPGACyclone II FPGACyclone III FPGACyclone IV FPGACyclone V FPGACyclone 10 FPGA

推出年份2002 年2004 年2007200920112017

建議新設(shè)計(jì)使用否否否是是是

Intel Cyclone 10系列FPGAIntel Cyclone 10基本被其他系列給湮滅掉了，和Xilinx S7系列一樣，只是“存在”，低端基本使用MAX 10系列了，高端也不會(huì)使用該系列。

Intel Cyclone V系列FPGACyclone V FPGA 提供了行業(yè)最低的系統(tǒng)成本和功耗，以及全新的性能水平，使設(shè)備產(chǎn)品家族成為突出您的大容量應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的理想之選。相比前代產(chǎn)品，總體功耗降低了高達(dá) 40%，您還可以獲得高效的邏輯集成功能、集成收發(fā)器變體和 SoC FPGA 變體（包括基于 ARM* 的硬處理器系統(tǒng) （HPS））。

主要分為以下幾個(gè)系列：

Intel Cyclone V系列FPGA選型參考Cyclone V E

Intel Cyclone V系列FPGA命名規(guī)則Cyclone V E

Intel Cyclone IV系列FPGAGX 和 E 設(shè)備架構(gòu)都有非常高效的互聯(lián)和低偏移時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，支持時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)的邏輯結(jié)構(gòu)之間互聯(lián)。

Intel/Altera 系列FPGA簡(jiǎn)介至此為止了，大部分現(xiàn)有的Intel的FPGA都有介紹，希望 對(duì)大家有幫助。

責(zé)任編輯：haq