賽靈思多平臺Virtex-4 FPGA的性能及應用

賽靈思(Xilinx)的Virtex-4現場可編程門陣列(FPGA)是首款基于ASMBL(Advanced Silicon Modular Block)架構的多平臺FPGA系列。通過采用不同的平臺(LX、FX和SX)，Virtex-4系列提供了最接近設計者需求的可編程邏輯解決方案。Virtex-4 FPGA 采用了多種新的結構模塊，以得到最大的吞吐量，更高的集成度和更低的功耗，從而在性能上達到了一個全新的水平。
要獲得最佳的系統性能，需要系統內高效元器件的平衡組合(邏輯、片上存儲器、I/O等)。
本文首先描述了采用Virtex-4結構所能達到的性能水平。接下來，舉例說明如何在實際設計或性能基準上通過代碼風格、工具設置和約束等方面的考慮來更好地利用這些性能。
基于客戶設計的性能數據顯示基于Virtex-4設計的邏輯性能據稱比其他采用90nm工藝的FPGA高出43%，并且平均快了一個速度級別。
從結構到模塊均可運行于500-MHz 時鐘頻率
Virtex-4器件是用于高性能設計的理想平臺，其邏輯結構及內建模塊都可工作在500MHz的時鐘頻率。例如，在邏輯結構利用查找表(LUT)實現的許多功能，如計數器、加法器和存儲(RAM/ROM)等都可在此時鐘速率下運行。內建的模塊(存儲器和DSP)也被設計為可在同樣的速度下運行。
邏輯結構
基本的Virtex-4邏輯元件由一個4輸入LUT和一個觸發器，以及其他的附加部分，如功能擴展器(MUXF)以及一個算法單元(MULT_AND)組成。功能擴展器可支持創建更大的LUT結構(如5輸入LUT或6輸入LUT)。
在RAM模式，Virtex-4 LUT可用作16位的存儲單元、16位移位寄存器甚至是作為一個可加載LUT，其內容在工作過程中可被改變。因而，Virtex-4 FPGA獨特的RAM模式提供了非常高效的小型存儲器。
DSP性能
Virtex-4 FPGA提供了比其它器件更多的DSP專用模塊，從而可實現256GAMC/s的DSP帶寬。500MHz XtremeDSP模塊(slice)可提供最高的性能、最低的功耗、以及功能最多的運算單元。它能夠實現乘法-累加單元，也可與其它類似模塊進行級聯，以實現更大的設計架構，如有限脈沖響應
(FIR)濾波器，而與此同時仍能保持工作在正常的速度。這種性能及可擴展性使Virtex-4 FPGA能夠以前所未有的性能和集成度來實現DSP的關鍵功能，并無需占用通用的邏輯資源。除了DSP的功能，DSP模塊(slice)還可被配置成工作于500MHz的計數器、桶型移位器、加法器、減法器、累加器以及其它功能。