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- ELETTRONICA OGGI 437 - GIUGNO 2014
DIGITAL
20 nm
dei blocchi logici configurabili. Tuttavia, con i dispositivi
Kintex UltraScale e Virtex UltraScale (le cui caratteristi-
che sono riassunte in Tab. 1), Xilinx è stata in grado di
affrontare queste sfide e migliorare considerevolmente le
prestazioni complessive e i tassi di utilizzo. La comples-
sità del nodo ha anche consentito a Xilinx di apportare
diversi miglioramenti a livello di blocco all’architettura,
che sono stati tutti ottimizzati con la suite di tool Vivado
per massimizzare le risorse di banda e di elaborazione
dei segnali.
Ad esempio, per quanto riguarda le risorse DSP, è stato
adottato un moltiplicatore con ingresso più ampio, che
consente di usare un numero inferiore di blocchi per
funzione e di fornire una precisione superiore per qual-
siasi tipo di applicazione DSP. Sono state inoltre aggiunte
funzionalità come FEC, ECC e CRC all’interno del DSP48,
che trovano impiego nelle comunicazioni wireless. Le
prestazioni delle RAM a blocchi sono state migliorate
non solo in termini consumi, ma anche di prestazioni,
sintetizzando uscite dati in cascata e alcune funzionalità
innovative. Xilinx offre due tipi diversi di transceiver
all’interno dei propri portafogli di dispositivi Kintex e
Virtex UltraScale da 20 nm.
I dispositivi UltraScale Kintex operanti a velocità medio-
alte supportano backplane operanti a 16,3 Gbps. I dispo-
sitivi operanti a velocità inferiori, come gli FPGA della
famiglia Kintex UltraScale, dispongono di transceiver
da 12,5 Gbps, particolarmente utili nelle applicazioni
wireless. I prodotti Virtex UltraScale offrono un transcei-
ver in grado di funzionare con backplane a 28 Gbps e
possono essere impiegati
nell’interfacciamento chip-
chip e chip-dispositivi otti-
ci a 33 Gbps. Sono stati
aggiunti, sia nei disposi-
tivi di famiglia Virtex, sia
in quelli della serie Kintex
UltraScale, alcuni bloc-
chi IP sintetizzati su silicio
all’interno dei dispositivi
UltraScale, tra cui un MAC
Ethernet da 100 Gbps. In
entrambe le famiglie di
dispositivi sono anche stati
aggiunti delle interfacce
Interlaken da 150 Gbps e
blocchi PCI Express Gen
3 sintetizzati su silicio, in
grado di operare fino alla
Gen3x8. Entrambe le fami-
glie di FPGA UltraScale supportano la memoria DDR4,
caratterizzata da una velocità di trasmissione dati supe-
riore del 40% rispetto a quella dei dispositivi della Serie
7, a fronte di una riduzione del 20% nel consumo com-
plessivo di potenza (in termini di interfacce di memoria).
Sul fronte della sicurezza, sono state aggiunte funzio-
nalità che garantiscono una protezione superiore delle
chiavi, oltre alla possibilità di mettere a punto schemi di
autenticazione più dettagliati e sofisticati.
L’FPGA Kintex UltraScale in tecnologia da 20 nm è
realmente un FPGA di fascia intermedia solo in termini
di densità, non di prestazioni, e, come i predecessori
della famiglia 7, sono realizzati in tecnologia 3D. Con
la seconda generazione della tecnologia di intercon-
nessioni sovrapposte su silicio (SSI - Stacked-Silicon
Interconnect), sono stati registrati miglioramenti signifi-
cativi nella banda fra i die sfruttando la tecnologia multi-
dice, con notevoli vantaggi in termini di capacità e di
numero di transistor integrati.
Aumento della capacità disponibile
Il dispositivo Virtex UltraScale XCVU440 della famiglia
UltraScale da 20 nm di Xilinx è basato sulla tecnologia
di interconnessioni sovrapposte in 3D su silicio, la quale
sovrappone diversi die fianco a fianco su uno strato
di collegamento in silicio al quale è connesso ciascun
die. La metodologia risultante ha consentito a Xilinx di
offrire una capacità “superiore rispetto a quella prevista
dalla Legge di Moore” e di offrire prestazioni in termini
di numero di transistor e di capacità delle celle logiche
Fig. 1 – L’evoluzione dei dispositivi FPGA, SoC e 3D IC
