在Cyclone® 器件成功基础之上,Altera推出了有史以来成本最低的90-nm FPGA —— Cyclone II。Cyclone II 器件支持在成本敏感的应用中开发新的可编程方案,在这些应用中,FPGA曾被认为过于昂贵。
如果您在大批量应用中需要成本更低、密度更大、功能更丰富的器件,可以使用65-nm Cyclone III FPGA。
成本优化的挑战
在设计低成本FPGA的时候,开发人员需要在性能,功能和整体器件成本之间进行平衡。开发人员必须在合理的价格下,确保提供足够的逻辑和存储密度,以实现足够性能的完整解决方案(见图1)。
Altera帮助开发人员为其目标应用创建了实现最理想性能的架构。采用Cyclone II FPGA进行设计超越了最初Cyclone系列具有领导地位的性能,Cyclone II器件提供了90nm技术(小裸片尺寸、高密度和低成本)的优势,在低成本FPGA中性能最快。所有Cyclone II 器件都是采用300mm晶元,基于TSMC公司90nm低K值工艺技术而制造的。
图1.功耗、性能和成本间的平衡

付出更少得到更多
在开发FPGA的过程中,对于大批量应用,为了成功地达到降低成本的目的,Altera采用了一种新型的设计方法。传统的“优化-去除”( "optimization-by-elimination")方法通过在软件中去掉某些特性来降低现有高密度产品的成本。虽然这种方法一定程度上达到了降低FPGA 成本的功效,但是它并不能实现给定裸片尺寸和封装下的最低价格。
与此相比,Altera用来构造Cyclone和Cyclone II器件的设计方法并不依赖于在现有产品的基础上进行改造再利用。与第一代Cyclone器件采用的方法相同,Cyclone II架构从一开始就聚焦在低成本上。
Cyclone II 器件受焊盘数量限制。焊盘受限的裸片意味着I/O结构要尽可能小。在某些器件中,Cyclone II器件提供错列I/O焊盘,就是两行I/O焊盘交叉存取,在占用少量逻辑消耗的前提下提高了可用I/O焊盘的数量。
在设计开始阶段,Cyclone II 器件采用了经过谨慎选择的小外形封装,提供了充足的用户I/O管脚和最低成本的结构。封装的物理尺寸就能决定焊盘受限裸片的最大尺寸。接着,在裸片上尽可能多地组装逻辑结构、存储器块、嵌入式乘法器块和其他用户需求的功能,保证在可用面积内得到最多的功能。
Cyclone II FPGA内的布线结构得到了增强以提高效率。逻辑阵列块(LAB)包含16个逻辑单元(LE)替代最初Cyclone系列中的10个LE。对于90nm技术,布线延时远大于LE的延时。拥有16个LE的LAB,布线减少,性能相应地提高。
Cyclone II 架构
Cyclone II 架构包含超过68K个纵向排列逻辑单元(LE)、嵌入式存储器块、嵌入式乘法器和锁相环(PLL),它们被I/O单元(IOE)包围在中间(见图2)。高效互连、低歪斜的时钟网络在每个结构之间提供时钟和数据信号连接。
图2. Cyclone II平面图

面积高效的IOE被分组成围绕在器件周围的I/O区,在消耗最小裸片面积的同时提供可观的I/O能力。Cyclone II器件支持大范围的单端和差分I/O标准。如支持最高805 Mbps(接收端)和622 Mbps(发送端)的LVDS I/O 标准。每个IOE包含3个寄存器,用于实现双倍数据速率(DDR)应用,以及包含用于其他I/O特性如可编程驱动强度、总线保持和可编程回转速率的相关电路。
多个I/O区组装在一起提供专用外部存储器接口电路。这个电路简化了外部存储器件的数据传输,包括DDR2和QDRII SDRAM器件。最大数据传输速度可达到333 Mbps (167-MHz时钟)。
Cyclone II器件实现了最初Cyclone系列内可用的嵌入式存储器块。Cyclone II系列包含多达250个的嵌入式存储器块。可完美地应用于嵌入式处理器的程序存储器或信元头/信元存储。
Cyclone II器件兼容PCI 2.1和 PCI-X 1.0b (2.0模式 1)。每个IOE提供多个从管脚到内核的路径,使器件满足相关建立和保持时间。
Cyclone II器件的密度范围从4,608 LE和119,808比特RAM,到68,416 LE和1,152,000比特RAM。Cyclone II器件中还含有从13个到150个18x18 嵌入式乘法器。更多信息请参见Cyclone II简介页面。
时钟分配
每个Cyclone II器件包含一个由16个专用时钟线组成的全局时钟网络。在器件内的任何位置都可以访问这些时钟线,它们可以由输入管脚、PLL输出,DDR/PCI输入或者内部逻辑进行馈送(见图3)。更多Cyclone II时钟网络相关信息请参阅Cyclone II器件手册中的Cyclone II 器件系列数据手册。
