FPGA 主流晶片選型指導和命名規則（一）

阿新 • • 發佈：2019-01-10

題目可能有點大，主要介紹Xilinx和Altera公司的主流晶片的選型（包括中低高階產品的介紹）和兩大廠家的命名規則，主要看封裝和邏輯數量。

1.主流晶片選型

1.1Xilinx主流晶片選型

　　老規矩，先上個文件，可以自行下載：
　　http://download.csdn.net/download/pieces_thinking/9942146
　　在採用FPGA電路設計中，首先要進行晶片選型。而晶片選型都是根據你的設計需求來找器件，不確定需求的話就無從談起選型。需求可能涉及以下幾個方面：

1.1.1選型要求

1.時鐘速度（邏輯時鐘、IO時鐘等），不同Family能達到的速度不同
2 
.時鐘數量，不同Family的時鐘資源不同
3.IO數目和支援的電平標準
4.板上封裝(焊接方式、體積大小）
5.其他各種硬核功能（PowerPC,MGT,GTP,TEMAC等）
6.功耗要求，順便考慮散熱空間
7.非易失性要求，Spartan 3A系列有內建Flash
8.產品除錯和升級擴容空間，比如除錯時用較大的器件，完成後改用同樣封裝較小規模的器件
9.最後，當然是選擇滿足所有要求中價效比最高的一款。

Xilinx 主流晶片選型

1.1.2 主流PLD產品

1.1.2.1XC9500XL XC9500 Flash 工藝PLD，常見型號有XC9536，XC9572，XC95144等。型號後兩位表示巨集單元數量

　　XC9500XL系列目前仍然是Xilinx 主要的PLD產品

1.1.2.2CoolRunner-II：1.8v低功耗PLD產品，

　　簡評：靜態功耗很低，效能指標優於XC9500，主要用於電池供電系統，國內使用者還不是非常廣泛

1.1.3.主流FPGA產品

　　Xilinx的主流FPGA分為兩大類，一種側重於低成本應用，容量中等，效能可以滿足一般的邏輯設計要求，如Spartan系列；還有一種側重於高效能應用，容量大，效能能滿足各類高階應用，如Virtex系列，使用者可以根據自己實際應用要求進行選擇。在效能可以滿足的情況下，優於選擇低成本器件。

1.1.３.1Spartan-3/3L:新一代FPGA產品，結構與VirtexII類似，全球第一款90nm工藝FPGA，1.2V核心，於2003年開始陸續推出。

　　簡評：成本低廉，總效能指標不是很優秀，適合低成本應用場合，是Xilinx未來幾年在低端FPGA市場上的主要產品，目前市場上低容量型號很容易購買到。大容量相對少一些。

1.1.３.２Spartan-3E：Xilinx最新推出的低成本FPGA，基於Spartan-3/3L，對效能和成本進一步優化

　　簡評：成本低廉，總效能指標不是很優秀，適合低成本應用場合，是Xilinx 未來幾年在低端FPGA市場上的主要產品，目前剛剛推出，很多型號還沒有大批量生產。

1.1.３.３Spartan-6:新一代FPGA，採用45nm工藝FPGA，1.0V核心。Spartan-6繼承了Spartan-3上廣受好評的Device DNA技術。在Spartan-6的某些型號上增加了和Virtex5上面的AES加密技術，在安全性上面更加增強。

1.1.３.４Spartan-6 LX – 為針對需要提供最低成本，邏輯資源豐富

1.1.３.５Spartan-6 LXT – 為序列連線提供最低風險和最低成本，豐富的邏輯，高速的收發器

1.1.３.６ Virtex-4：Xilinx 最新一代高階FPGA產品，包含三個子系列：LX，SX，FX

　　簡評：各項指標比上一代VirtexII均有很大的提高，獲得2005年EDN雜誌最佳產品稱號，從2005年年底開始批量生產，將逐步取代VirtexII，VirtexII-Pro，是未來幾年Xilinx在高階FPGA市場中的最重要的產品，

1.1.３.７Virtex-4 LX：側重普通邏輯應用，2005年年底開始量產

1.1.３.８Virtex-4 SX：側重數字訊號處理，DSP模組比較多，2006年年初開始量產

1.1.３.９Virtex-4 FX：整合PowerPC和高速介面收發模組，2006年年初開始量產

1.1.３.１０Virtex-5：最新的FPGA產品，65nm工藝FPGA，1.0v核心，低功耗，2007年6月份開始供貨。

　　Virtex-5目標市場將是電信基礎設施、航空航天裝置、網路安全、多路數字音視訊監控和工業控制應用。面向高效能邏輯應用市場的三款Virtex-5 LX系列平臺FPGA，即Virtex-5 LX50、LX85和LX110器件。

1.1.３.１１Virtex-5 LX：針對高效能邏輯進行優化

1.1.３.１２Virtex-5 LXT：針對具有低功耗序列I/O的高效能邏輯進行優化

1.1.３.１３Virtex-5 SXT：針對具有低功耗序列 I/O的高效能算術和儲存密集型DSP進行優化

1.1.３.１４Virtex-5 FXT：針對嵌入式處理和超高速序列I/O進行優化

1.1.３.１５Virtex-6 FPGA系列包括三個面向應用領域而優化的FPGA平臺，分別提供了不同的特性和功能組合來更好的滿足不同客戶應用的需求：

1.1.３.１６Virtex-6 LXT：優化目標應用需要高效能邏輯、DSP以及基於低功耗GTX 6.5gbps序列連線能力

1.1.３.１７Virtex-6 SXT：優化目標應用需要超高效能DSP以及低功耗GTX 6.5序列收發器的序列連線能力

1.1.３.１８Virtex-6 HXT：作為優化的通訊應用需要最高的序列連線能力，多達64個GTH序列收發器可提供高達11.2bps頻寬

1.1.３.１９Virtex-6器件最實用的幾個高效能應用：無線基礎設施，有線網路，廣播裝置等

1.1.３.２０Virtex-II Virtex-II：2002年推出，0.15um工藝，1.5v核心，大規模高階FPGA產品

　　簡評：Xilinx比較成功的產品，目前在高階產品中使用廣泛，新設計推薦使用者轉到Virtex-4 器件上

1.1.３.２１Virtex-II Pro:基於VirtexII的結構，內部整合CPU和高速介面的FPGA產品

　　簡評：Xilinx第一款整合powerPC和高速收發模組的FPGA，新設計推薦使用者轉到Virtex-4FX器件上

　　更多可程式設計器件產品
　　Xilinx公司還有很多任然在廣泛使用的可程式設計器件產品，如：SpartanIIE,SpartanII,Spartan,Virtex E,XV4000等等，想了解和檢視這些產品，

1.1.４.CoolRunner（XPLA3）原是PHILIPS公司的PLD產品，99年被Xilinx收購，特點是功耗很低，已經被CoolRunnerII取代。

　　簡評：業界第一個低功耗ＰＬＤ，適合用於電池供電系統，建議改用CoolRunnerII

　　其他型號還有：XCR3256XL,XCR3384,XCR3960
　　SPartan:中等規模SRAM工藝FPGA，已經被SpartanIIE，Spartan3等新產品取代。
　　簡評：Xilinx早期的低端FPGA器件

　　Spartan-II：2.5VSRAM工藝FPGA，SPARTAN的升級產品。
　　簡評：由於SpartanII是Xilinx唯一可以直接支援5v介面的主流FPGA，所以對於一些5v介面應用，仍然是一個比較好的選擇

　　Spartan-IIE：1.8v核心，中等規模FPGA，與Virtex-E的結構基本一樣，是Virtex-E的低價格版本。
簡評：低成本FPGA，使用仍然很廣泛

　　Virtex/Virtex-E: 大規模SRAM工藝FPGA，逐漸被VirtexII，VirtexII-Pro，Virtex4取代
簡評：1999-2002年期間最成功的FPGA，目前已經被VirtexII等FPGA替代

　　其他型號還有：XCV812E，XCV405E等

　　早期型號：XC4000系列：主要有XC4000E(5V),XC400XL/XLA(3.3v)，XC4000XV(2.5V)容量從64到8464個CLB，此外還有XC3000等更早期間，已經淘汰，不推廣。

　　為大家設計電路提供方便，上海亞銳電子科技有限公司代理Xilinx 晶片器件商用級、工業級的一系列晶片資源，具體型號如下表：

1.2Altera主流晶片選型

　　建議大家下載英文版（2015版=.=）的看，因為中文版釋出的時間比較早，如果不能滿足大家的學習需求，建議大家去Altera官網去下載最新的文件，正常情況下，官網會定時更新自己的選型手冊的。

　　下面簡單介紹下主流的晶片吧，現實中也比較常見的，下圖一眼就能看出A廠家的FPGA和CPLD系列型號：

1.2.1 低成本FPGA Cyclone

1.2.1.1 Cyclone I系列FPGA

　　Cyclone I系列FPGA是目前市場上價效比最優且價格最低的FPGA。Cyclone器件具有為大批量價格敏感應用優化的功能集，這些應用市場包括消費類、工業類、汽車業、計算機和通訊類。Cyclone器件現正在發售中。

　　簡評：1.5V SRAM工藝，容量從2,910至20,060個邏輯單元，具有多達294912bit嵌入RAM。Cyclone FPGA支援各種單端I/O標準如LVTTL、LVCMOS、PCI和SSTL-2/3，通過LVDS和RSDS標準提供多達129個通道的差分I/O支援。每個LVDS通道高達640Mbps。Cyclone器件具有雙資料速率(DDR) SDRAM和FCRAM介面的專用電路。Cyclone I FPGA中有兩個鎖相環(PLLs)提供六個輸出和層次時鐘結構，以及複雜設計的時鐘管理電路。這些業界最高效架構特性的組合使得FPGA系列成為ASIC最靈活和最合算的替代方案。

1.2.1.2Cyclone II 或者低功耗Cyclone III FPGA。

　　簡評：Altera Cyclone II 採用全銅層、低K值、1.2伏SRAM工藝設計，裸片尺寸被儘可能最小的優化。採用300毫米晶圓，以TSMC成功的90nm工藝技術為基礎，Cyclone II 器件提供了4,608到68,416個邏輯單元（LE），並具有一整套最佳的功能，包括嵌入式18位元x18位元乘法器、專用外部儲存器介面電路、4kbit嵌入式儲存器塊、鎖相環（PLL）和高速差分I/O能力。

　　Cyclone II 器件擴充套件了FPGA在成本敏感性、大批量應用領域的影響力，延續了第一代Cyclone器件系列的成功。

　　Cyclone III FPGA是Altera Cyclone系列的第三代產品。Cyclone III FPGA系列前所未有地同時實現了低功耗、低成本和高效能，進一步擴充套件了FPGA在成本敏感大批量領域中的應用。

　　(TSMC)的65-nm低功耗(LP)工藝技術，Cyclone III 器件對晶片和軟體採取了更多的優化措施，在所有65-nm FPGA中是功耗最低的，在對成本和功耗敏感的大量應用中，提供豐富的特性推動寬頻並行處理的發展。

　　Cyclone III 系列包括8個型號，容量在5K至120K邏輯單元(LE)之間，最多534個使用者I/O引腳。Cyclone III 器件具有4-Mbit嵌入式儲存器、288個嵌入式18x18乘法器、專用外部儲存器介面電路、鎖相環(PLL)以及高速差分I/O等。

　　Cyclone III FPGA系列為成本敏感的各種大批量應用提供多種器件和封裝選擇。Cyclone III 器件結溫在-40°C至125°C之間，有三種溫度等級，支援各種工作環境。請參考Cyclone III 器件手冊，瞭解詳細資訊。

1.2.1.3Altera Cyclone IV系列FPGA

　　Altera Cyclone IV系列FPGA拓展了Cyclone FPGA系列的領先優勢，為市場提供成本最低、功耗最低並具有收發器的FPGA。Cyclone IV FPGA系列含有兩種型號——3.125-Gbps收發器的Cyclone IV GX FPGA以及帶有1.0V選擇的Cyclone IV E FPGA，在降低成本的同時幫助您滿足了提高頻寬的需求。

1.2.1.3Altera Cyclone V系列FPGA

　　Altera Cyclone V FPGA實現了業界最低的系統成本和功耗，其效能水平滿足了您突出大批量應用優勢的需求。從三種型號中進行選擇：

Cyclone V E FPGA

3.125-Gbps收發器的Cyclone V GX FPGA

5G收發器的Cyclone V GT FPGA

ARM9的硬核處理器系統(HPS)和邏輯的Cyclone V SE SoC FPGA

ARM的HPS3.125-Gbps收發器的Cyclone V SX SoC FPGA

ARM的HPS5-Gbps收發器的Cyclone V ST SoC FPGA

1.2.2中端FPGA Arria系列

　　簡評：Arria GX FPGA 是獲得大獎的中端 FPGA 系列。Arria GX FPGA採用了與成熟的 Stratix? II GX 系列相同的收發器技術。通過改進收發器，開發高效的 I/O 單元， Arria GX FPGA 為當今的主流高速協議連線提供了高性價比解決方案。

1.2.2.1Arria II系列FPGA

　　簡評：40-nm Arria II FPGA系列是功耗最低的FPGA，並且帶有6.375-Gbps收發器、高達 550 MHz 的高效能數字訊號處理 (DSP)。

1.2.2.1Arria V系列FPGA

　　簡評：10G/40G線路卡以及演播室調音臺等中端應用，28-nm Arria V FPGA系列為這些應用提供了功耗最低、頻寬最大的FPGA

6.5536-GbpsArria V GX FPGA

10.3125-GbpsArria V GT FPGA

12.5 Gbps收發器的Arria V GZ FPGA

ARM(HPS)6.375-GbpsArria V SX SoC FPGA

ARMHPS10.3125-GbpsArria V ST SoC FPGA

1.2.3高階FPGA Stratix系列

1.2.3.1Stratix II GX FPGA I/OStratix II GX20FPGA.

　　簡評：Stratix II GX器件在收發器模組中含有特定的硬體智慧財產權（IP），支援多種主要協議，包括PCI Express、通用電氣介面6 Gbps（CEI-6G）、序列數字介面（SDI）、XAUI、SONET、千兆乙太網、Serial RapidIOTM 和SerialLite II標準。也可以旁路模組，為定製收發器應用提供解決方案。

　　在Stratix GX器件中，對收發器進行了優化，可提供低功耗解決方案，特別適合散熱困難的背板應用。

　　Stratix II GX器件採用1.2V、90nm、SRAM工藝，密度範圍為33,880至132,540等價LE，具有6.7 Mbits的片內RAM，數字訊號處理（DSP）模組提供的（18位×18位）嵌入式乘法器數量高達252個。

　　除了高速收發器以外，Stratix II GX可提供76個源同步差分訊號I/O引腳，帶有專用動態相位對齊（DPA）電路，可工作在最大1 Gbps速率下。I/O引腳還具有專用串化器/解串器（SERDES）電路，支援LVDS和HyperTransport? 差分I/O電氣標準，以及高速通訊介面—包括萬兆乙太網XSBI、SFI-4、PI-4.2、HyperTransport、RapidIO?和UTOPIA IV標準。

　　Stratix II GX FPGA系列具有8個鎖相環（PLL）和16個全域性時鐘網路，提供含有多級時鐘結構的完整時鐘管理解決方案。此外，Stratix II器件還具有設計安全、片內匹配和遠端系統升級能力。

1.2.3.2 Stratix III FPGA 系列

　　Stratix III FPGA 系列含有以下幾種型號：

Stratix III L 器件主要針對邏輯較多的應用

Stratix III E 器件主要針對數字訊號處理 (DSP) 和儲存器較多的應用

　　簡評：1)Stratix III 器件具有縱向移植能力，不僅在L和E型號內部，而且在型號之間都可以實現移植，在器件選擇上非常靈活。 Stratix III FPGA第一次可以用作Stratix IV E器件的移植平臺。應用筆記AN557：Stratix III至Stratix IV E跨系列移植指南詳細介紹了這一移植途徑。2)業界領先的體系結構：Altera的Stratix系列有業界一流的體系結構，並進一步在65-nm工藝節點上進行了優化。因此，Stratix III FPGA是您新一代高端系統設計的理想解決方案。3)Stratix III FPGA的關鍵增強特性包括：

在所有高效能FPGA中，最低的功耗需求 - 比 Stratix II 低 50％，沒有熱沉或者強制空氣散熱帶來的可靠性風險。

更好的效能推動了下一代系統的發展 – 效能比 Stratix II 高效能FPGA提高了25％。

更大的容量使您能夠實現整合度更高的產品，從而降低了成本和電路板面積 – 容量是Stratix II FPGA的兩倍。

高達533-MHz DDR3的高效能儲存器介面

效能達到1.6 Gbps的LVDS，在LVDS I/O上支援序列千兆位介質無關介面(SGMII)。

1.2.3.3Stratix IV系列FPGA

　　簡評：Altera 的40-nm解決方案進一步提高了晶片系統 (SoC) 的整合度，使您能夠徹底的進行產品創新。Stratix IV FPGA 的8.5 Gbps收發器和快速DDR3儲存器介面實現了前所未有的系統頻寬，其基礎架構具有最高的密度、最好的效能和最低的功耗。Stratix IV FPGA 與HardCopy IV ASIC 結合後，實現了 FPGA和ASIC低風險原型開發的優勢。

　　Stratix IV FPGA 系列包括以下三種器件型號：

Stratix IV GT (基於收發器) FPGA：具有 530K 邏輯單元 (LE) 和 48 個全雙工基於 CDR 的收發器，速率達到11.3 Gbps。

Stratix IV GX (基於收發器) FPGA：具有 530K 邏輯單元 (LE) 和 48 個全雙工基於 CDR 的收發器，速率達到8.5 Gbps。

Stratix IV E (增強型器件) FPGA：具有 820K LE，23.1-Mbit RAM，1,288 個 18 x 18 位乘法器。

　　特點：Stratix IV FPGA 支援縱向移植，在每一系列型號中都能靈活的進行器件選擇。而且， Stratix III 和 Stratix IV E器件之間有縱向移植途徑，因此，您現在可以在 Stratix III 器件上啟動設計，不需要改動 PCB 就能夠轉到容量更大的 Stratix IV E 器件上。

1.2.3.4Stratix V系列FPGA

　　簡評：Altera 28-nm Stratix V FPGA在高階應用中實現了業界最大頻寬和最高系統整合度，非常靈活，降低了成本和總功耗。

　　Stratix V FPGA系列包括四個器件型號：

帶有收發器的Stratix V GX FPGA：集成了66個全雙工、支援背板應用的14.1-Gbps收發器，以及高達800 MHz的6 x72位DIMM DDR3儲存器介面。

帶有增強數字訊號處理(DSP)功能和收發器的Stratix V GS FPGA：集成了4,096個18位 x 18位高效能精度可調乘法器、支援背板應用的48個全雙工、14.1-Gbps收發器，以及高達800 MHz的7 x72位DIMM DDR3儲存器介面。

帶有收發器的Stratix V GT FPGA：集成了4個28-Gbps收發器，32個全雙工、支援12.5Gbps背板應用的收發器，以及高達800 MHz的4 x72位DIMM DDR3儲存器介面。

Stratix V E FPGA：具有950K LE、52 Mb RAM、704個18位 x 18位高效能精度可調乘法器和840個I/O。