Xilinx 7 시리즈 FPGA 디바이스 사용시 장점

개요

LabVIEW FPGA 하드웨어의 FPGA 기술을 사용하면 온보드 신호 처리를 통해 재구성가능한 시스템을 사용자의 요구에 맞게 맞춤 설정할 수 있습니다. NI FlexRIO, NI CompactRIO 및 NI Single-Board RIO 디바이스에는 기존의 FPGA 보다 개선된 Xilinx 7 시리즈 FPGA가 탑재되어 있습니다. 또한, NI LabVIEW 2014 소프트웨어로 Kintex-7 FPGA를 사용하는 개발자들은 Xilinx의 최신 컴파일 기술인 Vivado를 사용할 수 있습니다. Vivado 컴파일 툴은 신뢰성있는 타이밍 클로저, 개선된 리소스 활용, 과거 Xilinx ISE 사용한 Kintex-7 FPGA 타겟의 컴파일 시간 단축 등의 여러 장점을 제공합니다.

내용

7 시리즈 FPGA 소개

Xilinx의 7 시리즈 FPGA는 업계 최고의 FPGA일 뿐만 아니라, 혁신적인 All Programmable SoC 및 3D IC를 통해 FPGA를 재정의하였습니다. NI는 Xilinx 7 시리즈 디바이스의 요구조건을 정의하는 데에 큰 몫을 담당하였습니다.

Xilinx는 7 시리즈만의 차별화된 기술인 28 나노미터 실리콘 공정 기술을 채택하였습니다. PC의 그래픽 칩셋에 특화된 TSMC의 28 nm 고성능 공정, 또는 모바일 폰 ASSP에 사용하는 28 nm 저전력 공정을 선택하는 대신, Xilinx는 TSMC와 협력하여 FPGA의 요구에 맞는 공정을 개발하였습니다. TSMC 28nm HPL (고성능 저전력) 공정 기술이라 불리우는 이 새로운 방식은 Xilinx FPGA가 사용되는 모든 업계에 고성능과 저전력을 동시에 제공합니다. 다시 말해, 고성능 실행시에도 엄청난 비용이 수반되지 않습니다. 이와 반대로, 전력 조건이 엄격한 경우에도 높은 수준의 성능을 구현할 수 있습니다.

7 시리즈 전 제품에 28 nm HPL 실리콘 공정으로 통일 적용한 후, Xilinx는 아키텍처 혁신을 위해 더욱 박차를 가했습니다. Xilinx는 7 시리즈 FPGA 전체 제품 라인을 출시하였습니다. Xilinx 7시리즈 FPGA 제품군은 저가형 제품군인 Artix-7, 범용 제품군인 Kintex-7, 고가의 Virtex-7입니다.

FPGA 전 라인을 구축하는 데에 그치지 않고, Xilinx는 혁신 지속적인 혁신을 통해 업계 최초의 제품인 Zynq-7000 All Programmable SoC 및 Virtex-7 3D IC를 선보였습니다. 이 두 제품은 전 세계 여러 저널 및 협회로부터 혁신적인 제품으로 인정받아 수상한 이력도 있습니다.

 

 

Zynq-7000 All Programmable SoC

Zynq-7000 SoC는 혁신적인 제품으로 여러 차례 수상받은 제품입니다. 본 제품은 듀얼 코어 ARM Cortex-A9 프로세서, FPGA 패브릭 및 주요 주변 장치를 하나의 칩에 통합한 업계 최초의 제품입니다. (그림 1) 10,000개 이상의 트레이스가 ARM Cortex-A9 프로세서를 FPGA 패브릭에 연결함으로써, 프로세서와 프로그래밍 가능한 로직 사이에 연결이 가능합니다. 이는 PCB를 통해 이산 ARM 프로세서 기반의 ASSP를 FPGA에 연결하는 시스템에서 불가능했던 것입니다.

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그림 1. Zynq-7000 All Programmable SoC는 듀얼 코어 ARM Cortex-A9 프로세서, 28 nm FPGA 패브릭 및 주요 주변 장치를 하나의 디바이스에 통합하였습니다.

 

이와 같은 통합은 cRIO-903x, cRIO-906x, 및 NI sbRIO-9651 System on Module (SOM)과 같은 Zynq에 기반한 디바이스에 없어서는 안될 특징입니다. 즉, 상호 연결이 더욱 편리해졌기 때문에, 프로세서와 프로그래밍가능한 로직간의 16개의 병렬 DMA 채널이 구현되었고, 성능에 매우 중요한 300 MB/s 이상의 대역폭이 구현되었습니다.   

7 시리즈의 모든 디바이스는 ARM의 AXI-4 버스 프로토콜을 표준으로 사용합니다. 다시 말해, ARM 기반 시스템에 실행할 IP를 생성하였다면, 이 IP를 Zynq SoC, Kintex-7 FPGA 또는 기타 Xilinx 7 시리즈 디바이스에 편리하게 마이그레이션할 수 있다는 뜻입니다. LabVIEW를 통해 NI는 어플리케이션별 IP 세트를 제공하며, AXI 인터페이스에 표준화된 Xilinx CORE Generator IP로도 접근할 수 있습니다. 따라서 IP 상호 연동이 개선되며 시간이 지남에 따라 디자인을 편리하게 유지하고, 개선할 수 있습니다.

 

 

Kintex-7: 고성능과 저전력을 동시에 제공

Xilinx는 1988년 FPGA를 개발한 이래로 최첨단 FPGA 기술을 제공해오고 있습니다. Kintex-7은 FPGA 기술의 정점을 보여준 제품이자, Xilinx의 7 시리즈 제품 중 가장 많이 판매되는 제품이기도 합니다. Kintex-7이 다른 제품들과 차별되는 점은 FPGA 패브릭 클럭 속도 성능, 저전력, 고속 I/O, 용량, 신뢰성을 완벽하게 결합하여 제공한다는 점입니다.

이와 같은 우수한 기능들로 인해 다양한 테스트 및 고성능 임베디드 어플리케이션에 사용하기 적합합니다.

새로운 Kintex-7 FPGA는 NI LabVIEW 재구성가능한 I/O (RIO)를 사용하는 여러 제품에 사용하기 적합합니다. Kintex-7 제품군은 종전의 고가의 FPGA가 제공하는 용량과 성능을 제공하면서 전력은 절반만 소모합니다. 이처럼 놀라운 전력 소모량은 NI의 이전 세대 FPGA 하드웨어와 비교하여 디바이스당 디지털 처리 능력이 두 배 이상 늘었다는 것을 뜻하기도 합니다. 한층 개선된 신호 처리와 리얼타임 분석을 사용하여 보다 복합적인 알고리즘을 실행할 수 있으며, 늘어난 로직 및 DSP 리소스를 사용하여 요구되는 I/O 데이터 속도와 복합적인 문제도 해결할 수 있습니다.

더 많은 DSP 리소스 이외에도 DDR3 메모리 컨트롤러를 사용하여, NI는 이전 세대의 3.2 GB/s와 비교하여 임시 스토리지에 10GB/s인터페이스를 실행하였습니다. 더 나아가, 내장된 PCI Express 컨트롤러 대역폭이 800 MB/s에서 1,600 MB/s로 개선되어 FPGA에서 호스트로의 데이터 전달이 더욱 빨라졌습니다.

 

 

Xilinx Vivado: 개선된 컴파일 성능

LabVIEW 2014 및 이후 버전을 사용하면, NI RIO 하드웨어에 Kintex-7 FPGA 및 Zynq SoC를 사용하는 개발자들은 Xilinx의 최신 컴파일 기술을 활용할 수 있습니다. Xilinx Vivado 컴파일 툴은 다음과 같은 여러 장점을 제공합니다.

  • 보다 지속적인 신뢰할 수 있는 타이밍 클로저
  • 리소스 활용 개선
  • 과거에 Xilinx ISE(NI cRIO-9068 및 NI PXIe-7975R)를 사용했던 Kintex-7 FPGA 타겟의 컴파일 속도가 빨라짐

 

 

그림 2. Xilinx의 새로운 Vivado 컴파일 기술 사용시, 종전에 Xilinx ISE를 사용한 Kintex-7 및 Zynq SoC 타겟의 컴파일 시간이 단축됩니다.

저자 정보

Robert Bielby—Senior Director of Strategic Marketing and Business Planning, Xilinx Inc.

 

추가 정보

Xilinx 7 시리즈 FPGA를 사용하는 타겟 및 디바이스:

NI CompactRIO

NI FlexRIO