59、FPGA架构设计与行为级高级综合中的低功耗位级分配

FPGA架构设计与行为级高级综合中的低功耗位级分配

1. FPGA互连网络架构

在FPGA设计中，互连网络架构可能是最重要的参数。它不仅主导着芯片面积，而且比可配置逻辑块（CLB）消耗更多的功率。此外，如果没有适当的互连，即使是优秀的CLB也无法高效工作。

1.1 互连网络的关键要素

互连网络有三个关键要素：
- 段长度
- 连接盒拓扑
- 开关盒拓扑

1.2 段长度

研究发现，功耗会随着段长度的增加而增加。不同段长度组合会产生不同的效果：
| 组合情况 | 效果 |
| — | — |
| 83%长度为4的段与传输晶体管开关，17%长度为8的段与缓冲开关 | 产生最佳延迟乘积 |
| 50%长度为4的段与传输晶体管开关，50%长度为8的段与缓冲开关 | 得到最节省面积的FPGA |

不过，这些实验结果是基于非常大的基准测试得到的。更细粒度的方法可能会得出段长度为2是功率效率和面积 - 延迟乘积的最佳选择。

1.3 连接盒拓扑

连接盒主要有两个关注点：
- 连接类型
- 每个I/O CLB引脚可以连接的轨道分数

输出引脚连接使用传输晶体管，因为一个输出引脚可以同时驱动多个轨道；而输入引脚连接使用多路复用器，因为不同轨道可以连接到一个输入引脚，但一次只能有一个轨道驱动该引脚。研究表明，如果(\text{IN} {frac}=0.5W)和(\text{OUT} {frac}=0.25W)（其中(W)是通道中的轨道数量），根据具体架构，FPGA面