FPGA платформы ПЛИС Virtex-5 txt фирмы xilin Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

FPGA платформы Virtex-5 TXT

фирмы Xilinx

Илья ТАРАСОВ, к. т. н.

tile@kc.ru

После выпуска четырех платформ семейства У1ггех-5 еще одна разновидность этих высокопроизводительных ПЛИС явилась некоторой неожиданностью. Казалось, что ранее выпущенные РРвД У1ггех-5 закрыли основные потребности разработчиков аппаратуры, однако очередная разновидность этих ПЛИС продемонстрировала несколько неожиданные характеристики.

Общая характеристика

Платформу Уи1ех-5 ТХТ можно кратко охарактеризовать одним словом: приемопередатчики. Надо отметить, что в предыдущей платформе, Уп1ех-5 БХТ, были введены приемопередатчики ИоскеНО ОТХ с максимальной скоростью обмена 6,5 Мбайт/с. Архитектура Л8МБЬ подразумевает размещение ресурсов на кристалле в виде отдельных колонок, и вдоль одной стороны кристалла размещается максимум 24 таких приемопередатчика. Большая суммарная пропускная способность высокоскоростных интерфейсов — одна из сильных сторон ПЛИС, которая может выступать в виде своеобразной компенсации высокой стоимости этих микросхем. Дейст-

вительно, если приоритетом является минимизация числа корпусов микросхем для коммуникационного оборудования, наличие наибольшего количества приемопередатчиков станет важнейшим фактором при выборе элементной базы. Важность абсолютной величины пропускной способности приемопередатчиков и привела к такому простому решению, как добавление второй колонки приемопередатчиков в архитектуру Л8МБЬ (рис. 1). Иными словами, Уіі1ех-5 ТХТ — это БРОЛ УіЛех-5, в которой приемопередатчики расположены в обеих крайних колонках. Их суммарное число равно 40 и 48 соответственно в двух устройствах, которые и входят в состав новой платформы.

Характеристики устройств УіЛех-5 ТХТ приведены в таблице.

Назначение и применение

Новая платформа предназначается фирмой Хіііпх для вполне конкретного направления рынка — коммуникационных систем с суммарной пропускной способностью 100 Гбит/с (1000). Нарис. 2 показано наиболее наглядное применение УіЛех-5 ТХТ. Если ранее для получения такой характеристики было необходимо 2 БРОЛ (на рис. 2 показан пример с БХ130Т или БХ200Т), то единственное устройство УіЛех-5 ТХ240Т имеет такое же количество приемопередатчиков ИоскеИО, как и обе микросхемы БХТ. В дан-

ном случае можно говорить как о снижении цены, так и об улучшении целого ряда других показателей — уменьшении площади печатной платы, увеличении скорости разработки за счет исполнения всей системы в одном кристалле, уменьшении количества внекристальных соединений.

Платформа имеет всего два устройства, что отражает, по всей видимости, текущую потребность основных заказчиков Xilinx. Интересно отметить дальнейшее проявление практической эффективности ASMBL с точки зрения быстрого выпуска новых ПЛИС. Ранее к первым наборам микросхем уже были добавлены устройства LX155 и SX240T, а теперь, когда с выходом платформы FXT можно было предполагать некоторое затишье перед будущим переходом к новому техпроцессу, Xilinx предлагает платформу TXT с вполне определенным назначением, выпущенную именно в рамках ASMBL — путем компоновки нужного количества колонок ресурсов.

Два устройства, которые есть в линейке TXT, имеют достаточно большой логический объем и, очевидно, относятся к устройствам верхнего ценового диапазона. В их составе нет процессорных ядер PowerPC, один блок PCI Express и четыре блока EMAC. Таким образом, в части, не относящейся к приемопередатчикам, данные ПЛИС имеют «средние» (с поправкой на их достаточно большой объем) характеристики, и ресурсы общего назначения явно ориентированы на обслуживание высокоскоростных протоколов.

Программная поддержка

Для работы с платформой Virtex-5 TXT необходима САПР ISE 10.1 с обновлением SP3. Фирмой Xilinx реализованы IP-ядра для поддержки таких популярных протоколов, как Ethernet, XAUI, Aurora, PCI Express. Ввиду того, что представленные ПЛИС относятся к достаточно специфическому сегменту рынка электронных компонентов, IP-ядра для построения представленных выше 100С-систем

Таблица. Характеристики устройств Virtex-5 TXT

Параметр XC5VTX150T XC5VTX240T

Секций 23 200 37 440

Логических ячеек 148 480 239 616

Триггеров 92 800 149760

Распределенная память, кбит 1500 2400

Блоков памяти (по 36 кбит) 228 324

Итого блочной памяти, кбит 8208 11 664

Блоков DCM (Digital Clock Manager) 12 12

Блоков PLL 6

Программируемых выводов 680 680

Дифференциальных пар 340 340

Секций DSP48E 80 96

Блоков PCI Express 1

Блоков Ethernet MAC 4

RocketIO GTX 40 48

Требуемый объем конфигурационной памяти, Мбит 43,4 65,8

XC5VFX200T

XCV5TX240T

Рис. 1. Архитектура FPGA Virtex-5 FXT по сравнению с Virtex-5 TXT

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 12 ’2008

„ 1»

,2 „

^ 3 ^

4

^ 5 ^ Ш ^

U 6*

10.

10G PHY

10G PHY

10G PHY

10G PHY

10G PHY

10G PHY

680 SelectIO™ pins 10x XSBI

@6.25G

(@5.0G)

Ingress: Virtex-5 FX130T or FX200T FPGA

@6.256

(@5.0G)

Egress: Virtex-5 FX130T or FX200T FPGA

NPU

or

ASIC

QUAD RXAUI to 10G PHI

QUAD RXAUI to 10G PHI

QUAD RXAUI to 10G PHI

System

100G го ■Q Interface

ЕМАС □5 (RXAUI or

Interlaken)

Virtex-5 TX240T FPGA

20(24) NPU

@6.25G or

(@5.0G) ASIC

Рис. 2. Переход к одночиповой реализации системы с суммарной пропускной способностью 100 Гбит/с

пока разработаны несколькими фирмами — партнерами Xilinx и лицензируются отдельно. Подробная информация о характеристиках новых ПЛИС и наличии №-ядер приведена на www.xilinx.com/virtex5txt.

Выводы

Появление новой платформы, очевидно, интересно достаточно узкому кругу разработчиков электронной аппаратуры, специализирующихся на разработке коммуникационных систем с высокой пропускной способностью. Тем не менее выход всего двух микросхем после появления основной номенклатуры ПЛИС Virtex-5, а тем более выпуск их по технологии 65-нм дает информацию к размышлению о практической эффективности архитектуры ASMBL. Действительно, уже практически «на ходу» производителем была выполнена

адаптация линейки продукции под потребности небольшой группы разработчиков аппаратуры, причем сама адаптация выполнена именно в рамках методологии ASMBL. Это позволяет предполагать, что в случае необходимости могут быть выпущены устройства и с другим соотношением ресурсов, как это было сделано в случае с RocketЮ. Уже сейчас можно наблюдать существенную специализацию платформ SXT и TXT для решения задач, где преимущества ПЛИС проявляются наиболее ярко (многоканальная цифровая обработка и множество коммуникационных каналов). Это дает основания надеяться на сохранение данной тенденции в последующих поколениях FPGA и появление устройств с еще большей абсолютной производительностью в задачах цифровой обработки и преобразования высокоскоростных последовательных потоков данных. ■

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 12 '2008

www.kit-e.ru