消費電力削減

システム レベルでの圧倒的な消費電力削減

概要

ザイリンクスは、シリコン プロセスや省電力アーキテクチャを慎重に選定し、Spartan-6、7 シリーズ、UltraScale™、および UltraScale+™ FPGA/SoC を含むすべての製品ポートフォリオで電力の効率化を実現しています。世代を追うごとに、プロセス技術、アーキテクチャの革新、高度な電力制御、高度なソフトウェア最適化など、消費電力を削減するためのさまざまな機能が拡充されています。機能、シリコン プロセスの特長、ベンチマーク比較の詳細をポートフォリオ別に示します。消費電力の見積もり、熱モデル、ソフトウェアでの完全なサポート、デモ ボードは、全ファミリで対応しています。

UltraScale+ FPGA

高性能で低消費電力の半導体プロセス (TSMC 社の 16nm FinFET+) を採用している UltraScale+ デバイスは、7 シリーズ FPGA や SoC と比較してデバイス レベル消費電力を最大 60% 削減できます。アーキテクチャの革新は次のとおりです。

  • ハードウェアベースのクロック ゲーティング
  • ハード化された BRAM のカスケード接続
  • DSP ブロックの効率
  • 消費電力の削減に最適化されたトランシーバー

アーキテクチャの革新およびコア ファブリックのデュアル電圧動作によって消費電力を削減すると同時に性能を向上させることで、UltraScale+ ファミリは 7 シリーズ ファミリよりも、単位ワットあたりの性能を 2 倍以上向上させることができます。

  7 シリーズ
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
動作電圧 (VCCINT) 1 V 0.95V 0.85V 0.72V
正規化後のファブリック性能 1.0x 1.2x 1.6x 1.2x
総消費電力 (標準) 1.0x 0.7x 0.8x 0.5x
単位ワットあたりの性能 1.0x 1.7x 2x 2.4x

Zynq UltraScale+ MPSoC

UltraScale+ FPGA ロジックの消費電力削減機能のほかにも、Zynq UltraScale+ MPSoC は、プロセッシング システム内の複数の電源アイランドやドメインを利用して、粗粒度/細粒度でダイナミック消費電力を削減するパワー ゲーティングを行うことで、性能要件に応じて消費電力を頻繁に調整してデバイス全体の消費電力を削減します。

UltraScale FPGA

低消費電力の 20nm 半導体プロセスを採用し、スタティック消費電力とダイナミック消費電力を削減するパワー ゲーティング機能を備えた UltraScale FPGA ファミリは、7 シリーズ FPGA よりもデバイスレベルの総消費電力を最大 40% 抑えることができます。UltraScale+ デバイスに適用されているアーキテクチャの革新は次のとおりです。

  • ハードウェアベースのクロック ゲーティング
  • ハード化された BRAM のカスケード接続
  • DSP ブロックの効率
  • 消費電力の削減に最適化されたトランシーバー
  7 シリーズ
(28nm)
VNOM
UltraScale
(20nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VNOM
UltraScale+
(16nm)
VLOW
動作電圧 (VCCINT) 1 V 0.95V 0.85V 0.72V
正規化後のファブリック性能 1.0x 1.2x 1.6x 1.2x
総消費電力 (標準) 1.0x 0.7x 0.8x 0.5x
単位ワットあたりの性能 1.0x 1.7x 2x 2.4x

7 シリーズ FPGA および Zynq-7000 SoC

高性能かつ低電力なプロセス技術 (28HPL) で構築されたわずか 28nm の FPGA/SoC ファミリの 7 シリーズ デバイスは、前世代ファミリよりも総消費電力を最大 50% 削減でき、競合の 28nm ソリューションよりも優れた性能 (ワットあたり) を実現できます。アーキテクチャおよびブロックレベルの革新は次のとおりです。

  • スタティック消費電力を削減するパーシャル リコンフィギュレーション
  • マルチモードの I/O 制御
  • インテリジェント クロック ゲーティング
  • パワー ビニング、電圧スケーリング

優位性のあるベンチマーク サマリおよびベンチマーク プロセスの詳細を参照してください。

電力管理ソリューション

最適化された電力管理ソリューション

電力管理の要件は非常に多様化しており、通常、顧客デザインに特有のものとなります。つまり、1 つの電力管理デザインでは最適なソリューションを提供できません。ザイリンクスは、業界最先端の電力管理ソリューションを提供する企業 (以下のリスト参照) と提携し、一般的なユース ケースに対応するさまざまなリファレンス デザインおよびザイリンクス製品の電源要件に関する全体的なガイダンスを提供しています。

リファレンス デザイン

以下は、ザイリンクスの電力管理パートナーと共同開発したリファレンス デザイン一覧です。これらのデザインは製品ファミリ別になっていますが、その多くは変更を加えることでほかの製品ファミリに適用できます。これらのデザインに関するその他の情報やガイダンスが必要な場合は、各ベンダーへお問い合わせください。

ベンダー リファレンス デザイン ターゲット デバイス アナログ レール
Infineon 社 ザイリンクス ZCU111 評価ボード ZU21DR -ZU29DR LDOs
Monolithic Power Systems 社 EVREF0102A - RFSoC アナログ電力モジュール ボード
ZU21DR - ZU29DR スイッチング レギュレータ -モジュール
Intersil-Renesas 社 ISL8024DEMO2Z - RFSoC アナログ電力モジュール ボード ZU21DR - ZU29DR スイッチング レギュレータ - ディスクリート

注記 1: Zynq UltraScale+ デバイスのユース ケースの詳細は、UG583 の「Zynq UltraScale+ MPSoC の電源の統合ソリューション」を参照してください。

ベンダー リファレンス デザイン ターゲット デバイス
Intersil/Renesas 社 ザイリンクス VCU128 評価ボード VU37P/VU19P1
Monolithic Power Systems 社 Kintex UltraScale+ 向けエリア最適化モジュール ベースのソリューション All KU+
ABB 社 Virtex UltraScale+ 向けのスケーラブルなモジュール ベースのソリューション VU37P
Cyntec 社 Virtex UltraScale+ 向けのスケーラブルなモジュール ベースのソリューション VU37P

1VCU128 のパワーソリューションは、VU19P の電源要件に対応できるよう、スケーラブルになっています。

注記: これらすべてのソリューションは各ベンダーが責任を持つものです。詳細情報や入手状況などについては各ベンダーへお問い合わせください。

ウェビナーとアプリケーション ノート

種類 ベンダー 説明 ターゲット デバイス
ウェビナー Infineon 社 DC/DC PMIC for Xilinx FPGAs/SoCs for 10W to 50W Applications w/ Avnet Zynq UltraScale+、Zynq-7000、Kintex UltraScale
Texas Instruments 社 How to rapidly design the power supply rails of Xilinx FPGAs & SoCs Spartan-7、Artix-7、Zynq-7000
アプリケーション ノート On Semiconductor 社 Zynq UltraScale+ MPSoC Automotive power solutions to ASIL-C Zynq UltraScale+ MPSoC
Monolithic Power Systems 社 MPS Power Modules Offer A Compact and Ultra-Low Noise Solution for Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC Zynq UltraScale+ RFSoC

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消費電力削減

ザイリンクスは、インプリメンテーション前の消費電力を見積もったり、あらゆる設計段階でできるだけ消費電力を削減するように最適化、さらには広範な解析データを提供してユーザーによる最適化を可能にするクラス最高のツールを提供しています。以下に、すぐに使える業界をリードするザイリンクスの消費電力関連ハードウェア/ソフトウェア ベース ツールを示します。

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