Las Ventajas de los Dispositivos FPGA de la Serie 7 de Xilinx

Xilinx amplió la definición de programable y dio resultados en el nodo de 28 nm, no solamente con los FPGA más avanzados de la industria, sino una línea innovadora de SoC completamente programables y CIs en 3D. NI desempeño un papel clave al ayudar a definir los requerimientos para los dispositivos de la serie 7 de Xilinx.

Xilinx seleccionó tecnología de proceso de silicio en el nodo de 28 nm, el cual fue un diferenciador clave para la serie 7. En lugar de elegir el proceso de alto rendimiento de 28 nm de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) diseñado para chips gráficos en PCs o el proceso de bajo consumo de 28 nm diseñado para teléfono móvil ASSP, Xilinx trabajó con TSMC para desarrollar un proceso diseñado para los requerimientos de FPGAs. El nuevo proceso, llamado tecnología de proceso TSMC 28nm HPL (Alto Rendimiento, Bajo Consumo), incluye la combinación adecuada de rendimiento y ahorro de energía para todos los mercados de los FPGAs Xilinx. Esto significa que si usted necesita que su diseño se ejecute con un alto rendimiento, no tiene que estar acompañado de un consumo excesivo de energía. Por el contrario, si usted necesita cumplir con estrictos requerimientos de consumo, aún puede lograr metas de rendimiento relativamente alto.

Con todos los productos de la serie 7 usando el mismo proceso de silicio HPL de 28 nm, Xilinx puede concentrarse aún más en la innovación de la arquitectura. Para la serie 7, Xilinx introdujo una línea completa de FPGAs. Introdujo una nueva familia de bajo costo llamada FPGAs completamente programables Artix-7 y una familia de rango medio llamada FPGAs completamente programables Kintex-7, además de ofrecer su prestigiada familia de FPGAs completamente programables de alto nivel Virtex-7.

Más allá de crear una línea completa de FPGAs completamente programables, la compañía se aventuró para innovar dos dispositivos únicos, los primeros en su clase: El SoC completamente programable Zynq-7000 y los CIs en 3D Virtex-7. Estos dispositivos han ganado numerosos premios de innovación en publicaciones y asociaciones de la industria en todo el mundo.

El SoC Zynq-7000 es un dispositivo galardonado por sus múltiples innovaciones. El primer dispositivo en su clase, combina un sistema de procesamiento dual-core ARM Cortex-A9, una estructura de FPGA y periféricos claves en un solo chip (Figura 1). Más de 10,000 líneas conectan el procesador ARM Cortex-A9 a la estructura de FPGA en el silicio del SoC Zynq, lo cual brinda al dispositivo una conexión entre procesamiento y lógica programable que otros sistemas que conectan ASSPs discretos basados en procesador ARM a FPGAs a través de tarjetas de circuito impreso no pueden lograr.

Figura 1. El SoC completamente programable Zynq-7000 combina un procesador dual-core ARM Cortex-A9, una estructura de FPGA de 28 nm y periféricos claves en un solo dispositivo.

Esta integración es muy valiosa para dispositivos basados en Zynq, como el cRIO-903x, cRIO-906x y NI sbRIO-9651 System-on-Module (SOM), en el que la combinación de mejores interconexiones permite 16 canales DMA paralelos entre el procesador y la lógica programable, y ancho de banda funcional de más de 300 MB/s, el cual es un rendimiento significativo.   

Todos los dispositivos en la serie 7 fueron estandarizados usando el protocolo de bus AXI-4 de ARM. Esto significa que si usted ha creado IP para implementación en sistemas basados en ARM, fácilmente puede migrar su IP al SoC Zynq, FPGAs Kintex-7 o cualquier otro dispositivo de la serie 7 de Xilinx. Con LabVIEW, NI proporciona su propio conjunto de IP específico de aplicación, así como acceso al IP del Xilinx CORE Generator, estandarizado en la interfaz AXI para uso en FPGAs de la serie 7, lo cual mejora la interoperabilidad de IP y hace más fácil mantener y mejorar los diseños con el paso del tiempo.

Xilinx inventó el FPGA en1988 y desde entonces ha proporcionado tecnología FPGA de vanguardia. El Kintex-7 representa el apogeo de esta tecnología y es el dispositivo más vendido de la serie 7 de Xilinx. Lo que hace extraordinaria a esta familia de dispositivos es su perfecto equilibrio entre velocidad de reloj de la estructura de FPGA, baja potencia, E/S de alta velocidad, capacidad, seguridad y fiabilidad.

Este juego de características altamente balanceado hace al dispositivo ideal para servir a un gran número de aplicaciones embebidas de alto rendimiento y de pruebas, como disparo personalizado, secuencias de pruebas temporizadas por hardware, imagenología médica, control y monitoreo en aplicaciones de física, comunicaciones de amplio ancho de banda y radar, inteligencia de señales, pruebas digitales sensibles a protocolos, algoritmos de visión en tiempo real y radio definido por software.

Los nuevos FPGAs Kintex-7 son ideales para los varios productos que utilizan la arquitectura de E/S reconfigurables LabVIEW RIO. Esta familia de dispositivos tiene la capacidad y el rendimiento de los FPGAs anteriores, pero con la mitad del consumo de energía. La impresionante reducción en consumo significa que los dispositivos pueden acumular más del doble de la capacidad de procesamiento de señales digitales por dispositivo que las generaciones anteriores de hardware habilitado por FPGA de NI. Con este incremento en recursos de DSP y lógica, usted puede implementar algoritmos más complejos, con mayor utilización de procesamiento de señales y análisis en tiempo real y trabajar con las crecientes velocidades de E/S y la complejidad de las aplicaciones de hoy en día.

Además de mayores recursos de DSP, el controlador de memoria DDR3 ha ayudado a NI a implementar una interfaz de 10 GB/s (teórico) para almacenamiento temporal comparado con las velocidades de la generación anterior de 3.2 GB/s. Más aún, el ancho de banda del controlador PCI Express integrado incrementó de 800 MB/s a 1,600 MB/s, permitiendo transferencias aún más rápidas desde el FPGA al servidor.

En LabVIEW 2014, los desarrolladores que utilizan SoCs Zynq o FPGAs Kintex-7 en su hardware NI RIO también pueden beneficiarse de la última tecnología de compilación de Xilinx. Las herramientas Xilinx Vivado ofrecen numerosos beneficios incluyendo:

• Cierres de temporización más confiables y consistentes 
• Mejor reutilización de recursos
• Compilaciones más rápidas para dispositivos con FPGA Kintex-7, que anteriormente utilizaban Xilinx ISE (NI cRIO-9068 y NI PXIe-7975R)

Figura 2. La nueva tecnología de compilación Vivado de Xilinx ofrece tiempos de compilación reducidos para dispositivos Kintex-7 y SoC Zynq que anteriormente utilizaban Xilinx ISE.

Información del Autor

Robert Bielby—Director Senior de Mercadotécnia Estratégica y Planeación de Negocío, Xilinx Inc.

Vea cuales dispositivos utilizan FPGAs de la serie 7 de Xilinx:

NI CompactRIO

NI FlexRIO