Intel/Altera 系列FPGA簡介

本文轉載自查看原文 2021-10-15 17:38 167 數據算法/ 商業

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概述

自從Altera被Intel收購后，似乎放棄了整個中國市場，Altera市場占有率被其他FPGA廠家所侵蝕，國內目前還有一些公司用Altera的FPGA（CPLD居多），所以今天我們再去了解一下Intel FPGA系列產品。

PS：目前國內Xilinx ZYNQ系列使用比例非常高，其實Altera當年對標ZYNQ產品Clcyone V及Arria V系列SoC FPGA設計的架構要比ZYNQ更加合理，但是時事造英雄，當年Altera忙着“被”收購，導致SoC FPGA系列FPGA推廣被自己“扼殺”，所以國內應用Altera SoC FPGA的很少，相應的文檔很少。當年我使用的第一款SOC FPGA就是Cyclone V（DE1-Soc），所有的問題都需要自己解決，當時的技術支持也只有TB上的商家，很多問題都不能解決，跑個系統都花費了一個月時間，后面就轉投Xilinx的懷抱了，誒！真香！

目前，Intel FPGA主要有5個系列，分別為：Agilex、Stratix、Arria、MAX、Cyclone系列，每個系列又根據不同應用場合有不同的小系列（我們稱為二級系列），因為一些二級系列芯片早已停產，我們介紹時會從二級系列最新開始介紹，向前介紹，介紹到常用系列結束為止。

從上面可以簡單分兩個系列Agilex系列是收購Altera后推出的系列FPGA，其他系列基本都是Altera沒被收購時的系列FPGA。這樣區分其實沒太大意義，只是想說的是。。。從Agilex系列之后Altera基本從國內消失了。

Agilex系列FPGA

英特爾 Agilex™ FPGA 家族從戰略地位可以看做是Xilinx Ultrascale+系列對標產品。

英特爾 Agilex™ FPGA 家族融合了英特爾 10 納米 SuperFin 制程技術、與英特爾專有嵌入式多管芯互聯橋接（EMIB）集成的 3D 異構系統級封裝（SiP），以及基於芯片的創新架構，可為各種應用提供定制的連接和加速功能。

這種全新架構支持 FPGA 結構與專用邏輯塊結合，比如收發器、處理器接口、優化的I/O、自定義計算、英特爾® eASIC™ 器件和許多其他功能，從而創建面向每種應用實現獨特優化的解決方案。英特爾 Agilex SoC FPGA 還集成了四核 Arm* Cortex-A53 處理器，可提供高系統集成水平。

英特爾 Agilex™ FPGA分為下面主要的三個系列，主要如下：

Agilex F系列FPGA

英特爾 Agilex F 系列 FPGA 和 SoC FPGA 集成了帶寬高達 58 Gbps 的收發器、增強的 DSP 功能、高系統集成度和第二代英特爾 Hyperflex 架構，適用於數據中心、網絡和邊緣的各種應用。英特爾 Agilex F 系列 FPGA 和 SoC 家族還提供集成四核 Arm* Cortex-A53 處理器的選項，以提供高系統集成度。

產品簡表如下：

Agilex I系列FPGA

英特爾 Agilex I 系列 SoC FPGA 針對高性能處理器接口和帶寬密集型應用進行了優化。通過 Compute Express Link 提供面向英特爾至強處理器的一致性連接、增強型 PCIe* Gen 5 支持和帶寬高達 112 Gbps 的收發器，使得英特爾 Agilex I 系列 SoC FPGA 成為需要大量接口帶寬和高性能的應用的理想選擇。

產品簡表如下：

Agilex M系列FPGA

英特爾 Agilex M 系列 SoC FPGA 針對計算密集型和內存密集型應用進行了優化。英特爾 Agilex M 系列 SoC FPGA 提供面向英特爾至強處理器的一致性連接、HBM 集成、增強型 DDR5 控制器和英特爾傲騰 DC 持久內存支持，針對需要大量內存和高帶寬的數據密集型應用進行了優化。該產品家族即將上市（目前官網還沒上市）。

Agilex系列FPGA命名規則

Stratix系列FPGA

這一系列部分人還是很熟悉的，從戰略上講對標Xilinx V系列FPGA。

設備產品家族	Stratix 10	Stratix V	Stratix IV	Stratix III	Stratix II GX	Stratix II	Stratix GX	Stratix

目前在售產品

Stratix 10 FPGA 和 SoC

Stratix 10 FPGA又分為以下幾個系列：

選型參考

Stratix 10 FPGA 和 SoC 硬核處理器系統(HPS)

Intel Stratix® 10 SoC硬核處理器系統(HPS)是Intel業界領先的第三代HPS。通過采用Intel的14-nm三柵極技術性能， Intel Stratix 10 SoC器件采用集成四核64-bit ARM Cortex-A53，實現了高於上一代SoC兩倍的性能。HPS通過增添一個系統存儲器管理單元也實現了全系統硬件虛擬化功能。這些在體系結構上的改進確保了 Intel Stratix® 10 SoC將滿足當前和未來嵌入式市場的要求，包括：無線和有線通信，數據中心加速以及眾多軍事應用。

Stratix 10 FPGA命名規則

Stratix 10 (GX, SX, TX) Devices

Stratix 10 (MX) Devices

Stratix 10 (DX) Devices

Stratix V系列FPGA

英特爾的 28 納米 Stratix® V FPGA 在高端應用中實現了高帶寬、高系統集成度，不但非常靈活，而且降低了成本和總功耗。

分為三個系列，具體如下：

與Stratix 10對比如下

Stratix V系列FPGA選型參考

Stratix V GT Device

Stratix V GX Device

Stratix V GS Device

Stratix V E Device

Stratix V系列FPGA命名規則

Stratix IV系列雖然現在應用也很多，這里就不過多介紹了，有興趣的請移步：https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/details/fpga/stratix/iv.html?wapkw=stratix%20iv

Arria系列FPGA

Arria系列從戰略角度講對標的是Xilinx K系列FPGA。

英特爾 Arria® 設備家族可提供中端市場中的最佳性能和能效。英特爾 Arria® 設備家族擁有豐富的內存、邏輯和數字信號處理 (DSP) 模塊特性集，以及高達 25.78 Gbps 收發器的卓越信號完整性，支持您集成更多功能並最大限度地提高系統帶寬。此外，Arria® V 和英特爾® Arria® 設備家族的 SoC 產品可提供基於 ARM 的硬核處理器系統 (HPS)，從而進一步提高集成度和節省更多成本。

各代Arria FPGA

家族	Arria® GX	Arria® II GX	Arria® II GZ	Arria® V GX, GT, SX	Arria® V GZ	Arria® 10

Arria® 10 FPGA 和 SoC

借助公開可用的 OpenCores 設計，英特爾® Arria® 10 FPGA 的內核性能不僅顯著高於競爭產品，並且還提供了高達 20% 的 Fmax 優勢。此外，英特爾® Arria® 10 家族提供可編程邏輯行業唯一基於 20 納米 ARM* 的 SoC，可提供高達 1.5 GHz 的時鍾頻率。英特爾® Arria® 10 家族還首次在 FPGA 中提供了對浮點運算的強化支持，從而將 DSP 性能提升到新的水平。

架構如下：

主要分為以下三個系列：

Arria® 10 FPGA 和 SoC選型參考

Arria 10 GX器件

Arria 10 GT

Arria 10 SX

Arria® 10 FPGA 和 SoC命名規則

Arria 10 GX器件

Arria 10 GT

Arria 10 SX

自適應邏輯模塊-ALM

如圖 1 所示，增強的 ALM 具有 8 個輸入，包括一個可拆分查找表 (LUT)、兩個專用嵌入式加法器和 4 個專用寄存器。

實施基於 7 - 輸入 LUT 的選定函數、所有 6 - 輸入邏輯函數和兩個獨立函數（由更小的 LUT 組成，如兩個獨立的 4 輸入 LUT），以優化內核利用率。為每個 8 - 輸入可拆分 LUT 提供 4 個寄存器。這支持器件最大限度提升核心性能和核心邏輯利用率，並為寄存器密集型和高度管道化設計提供更輕松的時序收斂。

ALM 特性與優勢

每 ALM 的可用資源	優勢	優勢

Arria V FPGA 和 SoC

架構

可以分為如下幾個系列：

主要有以下產品

Arria V FPGA 和 SoC選型參考

Arria V GX

Arria V GT

Arria V GZ

Arria V SX

Arria V ST

Arria V FPGA 和 SoC命名規則

Arria V GX

Arria V GT

Arria V GZ

Arria V SX

Arria V ST

Arria V FPGA 和 SoC匯總

Intel MAX 系列FPGA/CPLD

Intel MAX 系列FPGA/FPGA 戰略上對標的是Xilinx的CPLD系列。

這個系列本來是Altera系列CPLD，但是后續Intel將這一些更改，將CPLD更改為FPGA（小型），這一更改或許代表着未來CPLD的發展（后續市場上或將不再有CPLD）。

這一系列改變主要架構還是CPLD，但是內部結構還是FPGA，所以不能稱為CPLD，更像是CPLD+FPGA，Intel推廣時還是將這一些列作為CPLD推廣。

所以這里需要分為兩個系列分別介紹。

系列	成熟的 CPLD 家族 MAX® II CPLD	MAX® IIZ CPLD	MAX® V CPLD	英特爾® MAX® 10 FPGA

Intel MAX 10 系列FPGA

英特爾MAX 10 FPGA 提高了外部系統組件功能的集成度，從而降低了系統級成本。與 CPLD 不同，55 納米英特爾 MAX 10 FPGA 包括 FPGA 的全部功能，例如數字信號處理 (DSP)、帶有模擬到數字轉換器 (ADC)和溫度傳感器的模擬模塊、嵌入式軟核處理器支持、存儲控制器和雙配置閃存。

大約一下幾種芯片：

系列FPGA架構如下：

Intel MAX 10 系列FPGA選型規則

Intel MAX 10 系列FPGA命名規則

Intel MAX V 系列CPLD

實現了低成本、低功耗和片上特性，MAX® V CPLD 是市場上最有價值的設備。MAX® V 設備采用獨特的非易失性架構，提供可靠的全新特性，總功耗比競品 CPLD 降低多達 50%。MAX® V 設備非常適合許多細分市場中的通用及功耗和空間受限設計，包括固網、無線、工業、消費類、計算機和存儲，以及廣播和軍事等。MAX® V CPLD 被利用在廣泛的各種應用中，它們過去只能在上一代 ASIC、ASSP、FPGA 和分立邏輯器件中實現。

主要產片如下：

架構如下：

Intel MAX V 系列CPLD選型參考

Intel MAX V 系列CPLD命名規則

Intel Cyclone系列FPGA

這一些列戰略上應該對標的是Xilinx S系列。

這一系列FPGA應該是大家最熟知的，Altera在國內推廣的系列，很多大學的課程設計使用的FPGA應該都是Altera Cyclone系列FPGA，而且很多人的啟蒙FPGA應該也是這一系列FPGA（很多開發板都是這一系列FPGA），資料就不用多說了。

這里就簡單介紹一下Cyclone 10、Clcyone V 及ClCyone IV（簡單介紹）。

FPGA	Cyclone® FPGA	Cyclone® II FPGA	Cyclone® III FPGA	Cyclone® IV FPGA	Cyclone® V FPGA	Cyclone® 10 FPGA

Intel Cyclone 10系列FPGA

Intel Cyclone 10基本被其他系列給湮滅掉了，和Xilinx S7系列一樣，只是“存在”，低端基本使用MAX 10系列了，高端也不會使用該系列。

主要分為一下兩個系列：

Intel Cyclone 10系列FPGA選型參考

Cyclone 10 GX

Cyclone 10 LP

Intel Cyclone 10系列FPGA命名規則

Cyclone 10 GX

Cyclone 10 LP

Intel Cyclone V系列FPGA

Cyclone® V FPGA 提供了行業最低的系統成本和功耗，以及全新的性能水平，使設備產品家族成為突出您的大容量應用優勢的理想之選。相比前代產品，總體功耗降低了高達 40%，您還可以獲得高效的邏輯集成功能、集成收發器變體和 SoC FPGA 變體（包括基於 ARM* 的硬處理器系統 (HPS)）。

架構如下：