1.4 AMD系列器件简介

1.4.1 AMD系列器件概览

1984年，在硅谷工作的两个聪明的工程师和一个营销主管做了一个“梦”，即Bernie Vondersch mitt、Ross Freeman和Jim Barnett梦想创立一家不同于一般的公司，他们希望创建一家公司来为一个全新的领域开发和推出先进技术，并且他们还希望以下面这种方式来管理公司：在这里工作的人们热爱他们的工作、享受工作带来的乐趣，并且对他们所从事的工作着迷。

新型半导体（现称为现场可编程门阵列）是由Xilinx公司的共同创始人Ross Freeman（见图1-9）发明的，它是一种全新的可编程逻辑。用户可以个性化这些芯片，从而在软件的帮助下对其进行编程来实现多种功能。要实现这种想法则需要大量晶体管，而那时晶体管是相当宝贵的，因此人们认为Ross Freeman的想法是不切实际的。Ross Freeman预计：根据摩尔定律（每18个月晶体管密度就会翻1倍），晶体管会越来越便宜，因此它就越来越常见。接下来的几年里，就出现了数十亿美元的现场可编程门阵列市场，为Xilinx公司的成功打下了基础。2009年，Xilinx公司共同创始人Ross Freeman携FPGA发明荣登2009年美国“全国发明家名人堂”。作为FPGA的发明者及行业领导者，Xilinx公司通过不断应用尖端技术来长久保持它的行业领袖地位：Xilinx公司是首家采用180nm、150nm、130nm、90nm和65nm工艺技术的企业，目前提供约占世界90%的高端65nm FPGA产品。

Xilinx公司于2022年被AMD公司收购，其交易估值约500亿美元，成为半导体史上规模最大的一次收购案。

AMD（Xilinx）公司产品种类众多，随着新技术的不断发展，器件的性能仍在不断提高，目前已推出7 Series FPGA、Virtex-6、Virtex-5、Virtex-4、Virtex-II Pro、Virtex-II、Virtex-E EM、Virtex-E、Virtex、Spartan-6、Spartan-3E、Spartan-3等FPGA器件族，Cool Runner-II、Cool Runner XPLA3、XC9500XL、XC9500XV、XC9500、XC3000、XC4000、XC5200等CPLD器件族，Virtex-5Q FPGA、Virtex-4QV FPGA、Virtex-4Q FPGA、QPro Virtex-II Pro FPGA、QPro Virtex-II抗辐射加固FPGA、QPro Virtex FPGA等航天及军用产品器件族，XA Spartan-3A FPGA、XA Spartan-3A DSP FPGA、XA Spartan-3E FPGA、XA 9500XL CPLD、XA CoolRunner-II CPLD等汽车专用产品器件族，XC1700、XC17S00、XC17V00、XC17S00A、XC18V00、Platform Flash、Platform Flash XL等配置存储器器件族。表1-2所示为AMD公司部分器件族一览表。

从芯片基本架构及开发工具的角度来看，AMD公司的FPGA芯片大致可以分为两类：一类是7系列FPGA芯片，另一类是7系列以前的FPGA芯片。其中，AMD公司前期的开发环境ISE可以开发绝大多数7系列以前的FPGA（公司早期的CPLD和部分FPGA无法采用ISE开发），以及部分7系列FPGA；目前主推的Vivado开发环境可以开发全部7系列FPGA，但无法开发7系列以前的FPGA。由于本书采用Vivado开发环境进行阐述，因此仅对7系列FPGA进行简要介绍。读者可参考《数字滤波器的MATLAB与FPGA实现——Xilinx/VHDL版》，了解在开发环境ISE下进行滤波器设计的方法。

1.4.2 7系列FPGA芯片简介

2010年6月22日，Xilinx公司推出业界首款采用唯一统一架构、将整体功耗降低一半且具有业界最高容量的FPGA系列产品，能满足从低成本到超高端系列产品的扩展需求。全新的7系列FPGA不仅在帮助客户降低功耗和成本方面取得了新的突破，而且有助于容量的增加和性能的提升，从而进一步扩展了可编程逻辑的应用领域。7系列FPGA采用针对低功耗高性能精心优化的28nm工艺技术，解决了ASIC和ASSP（Application Specific Standard Parts，专用标准产品）等方法开发成本过高、过于复杂且不够灵活的问题，使FPGA能够满足日益多样化的设计群体的需求。

28nm的FPGA进一步扩展了与40nm Virtex-6和45nm Spartan-6系列FPGA同步推出的目标设计平台战略。该目标设计平台战略将FPGA、ISE（Integrated Software Environment）设计套件软件工具和IP、开发套件，以及目标参考设计整合在一起，使用户能够充分利用现有的设计投资，降低整体成本，满足不断发展的市场需求。

AMD的7系列FPGA主要包括4个系列的产品：针对最低功耗和最低成本而优化设计的Spartan-7系列，针对低成本及信号处理优化设计的Artix-7系列，针对更低功耗的经济型信号处理而优化设计的Kintex-7系列，以及为低功耗和最高系统性能而优化设计的Virtex-7系列。

新推出的FPGA系列产品都拥有更高的性能及更大的可用容量，使其能够满足更复杂、要求更严苛的客户设计需求。但是，为了降低风险和加速设计进程，用户往往更依赖于原有库的IP核及第三方IP供应商，这就迫使设计人员必须重新设计现有的IP核，这样才能将这些IP核移植到不同的FPGA系列产品上。7系列FPGA采用统一架构，从而使客户能够针对某个特定7系列产品创建设计方案，然后在不需要进行重新设计的情况下将此设计方案无缝移植到其他的7系列产品上。已开发超低成本系统的客户可充分利用这种可移植性将设计系统进行扩展，以满足更高性能或更大容量的需求。同样，已开发高性能系统的客户也能将Virtex-7 FPGA设计移植到Kintex-7或Artix-7 FPGA上，从而轻松创建成本更低的系统版本。过去，在程序中修改元件的控制和时钟输入等参数后，会导致IP核无法在不同的FPGA之间移植。设计人员必须检查数据手册、例化模板和用户指南来确定需要对IP核进行哪些修改。明确修改后，设计人员需要重新综合、测试和验证IP核。通过统一7系列FPGA中的基本组成元件，不同系列FPGA中的IP核可采用相同的数据、控制和时钟输入。这种可移植性大大简化了IP核的使用方法，进而加快了高度可扩展应用的开发，这对拥有大量IP核库的公司及第三方IP核开发商来说具有深远的意义。表1-3所示为7系列部分FPGA的主要技术特征。