Intel FPGA系列产品介绍

概述

自从Altera被Intel收购后，似乎放弃了整个中国市场，Altera市场占有率被其他FPGA厂家所侵蚀，国内目前还有一些公司用Altera的FPGA（CPLD居多），所以今天我们再去了解一下Intel FPGA系列产品。

PS：目前国内Xilinx ZYNQ系列使用比例非常高，其实Altera当年对标ZYNQ产品Clcyone V及Arria V系列SoC FPGA设计的架构要比ZYNQ更加合理，但是时事造英雄，当年Altera忙着“被”收购，导致SoC FPGA系列FPGA推广被自己“扼杀”，所以国内应用Altera SoC FPGA的很少，相应 的文档很少。当年我使用的第一款SOC FPGA就是Cyclone V（DE1-Soc），所有的问题都需要自己解决，当时的技术支持也只有TB上 的商家，很多问题都不能解决，跑个系统都花费了一个月时间，后面就转投Xilinx的怀抱了，诶！真香！

目前，Intel FPGA主要有5个系列，分别为：Agilex、Stratix、Arria、MAX、Cyclone系列，每个系列又根据不同应用场合有不同的小系列（我们称为二级系列），因为一些二级系列芯片早已停产，我们介绍时会从二级系列最新开始介绍，向前介绍，介绍到常用系列结束为止。

从上面可以简单分两个系列Agilex系列是收购Altera后推出的系列FPGA，其他系列基本都是Altera没被收购时的系列FPGA。这样区分其实没太大意义，只是想说的是。。。从Agilex系列之后Altera基本从国内消失了。

Agilex系列FPGA

英特尔 Agilex FPGA 家族从战略地位可以看做是Xilinx Ultrascale+系列对标产品。

英特尔 Agilex FPGA 家族融合了英特尔 10 纳米 SuperFin 制程技术、与英特尔专有嵌入式多管芯互联桥接（EMIB）集成的 3D 异构系统级封装（SiP），以及基于芯片的创新架构，可为各种应用提供定制的连接和加速功能。

这种全新架构支持 FPGA 结构与专用逻辑块结合，比如收发器、处理器接口、优化的I/O、自定义计算、英特尔 eASIC 器件和许多其他功能，从而创建面向每种应用实现独特优化的解决方案。英特尔 Agilex SoC FPGA 还集成了四核 Arm* Cortex-A53 处理器，可提供高系统集成水平。

英特尔 Agilex FPGA分为下面主要的三个系列，主要如下：

Agilex F系列FPGA

英特尔 Agilex F 系列 FPGA 和 SoC FPGA 集成了带宽高达 58 Gbps 的收发器、增强的 DSP 功能、高系统集成度和第二代英特尔 Hyperflex 架构，适用于数据中心、网络和边缘的各种应用。英特尔 Agilex F 系列 FPGA 和 SoC 家族还提供集成四核 Arm* Cortex-A53 处理器的选项，以提供高系统集成度。

Agilex I系列FPGA

英特尔 Agilex I 系列 SoC FPGA 针对高性能处理器接口和带宽密集型应用进行了优化。通过 Compute Express Link 提供面向英特尔 至强 处理器的一致性连接、增强型 PCIe* Gen 5 支持和带宽高达 112 Gbps 的收发器，使得英特尔 Agilex I 系列 SoC FPGA 成为需要大量接口带宽和高性能的应用的理想选择。

产品简表如下：

Agilex M系列FPGA

英特尔 Agilex M 系列 SoC FPGA 针对计算密集型和内存密集型应用进行了优化。英特尔 Agilex M 系列 SoC FPGA 提供面向英特尔 至强 处理器的一致性连接、HBM 集成、增强型 DDR5 控制器和英特尔 傲腾 DC 持久内存支持，针对需要大量内存和高带宽的数据密集型应用进行了优化。该产品家族即将上市（目前官网还没上市）。

Stratix系列FPGA

这一系列部分人还是很熟悉的，从战略上讲对标Xilinx V系列FPGA。

 

设备产品家族	Stratix 10	Stratix V	Stratix IV	Stratix III	Stratix II GX	Stratix II	Stratix GX	Stratix
推出年份	2013 年	2010 年	2008 年	2006	2005	2004 年	2003 年	2002 年
制程技术	14 纳米 三栅极	28 纳米	40 纳米	65 纳米	90 纳米	90 纳米	130 纳米	130 纳米

 

目前在售产品

Stratix 10 FPGA 和 SoC

Stratix 10 FPGA又分为以下几个系列：

选型参考

Stratix 10 FPGA 和 SoC 硬核处理器系统(HPS)

Intel Stratix 10 SoC硬核处理器系统(HPS)是Intel业界领先的第三代HPS。通过采用Intel的14-nm三栅极 技术性能， Intel Stratix 10 SoC器件采用集成四核64-bit ARM Cortex-A53，实现了高于上一代SoC两倍的性能。HPS通过增添一个系统存储器管理单元也实现了全系统硬件虚拟化功能。这些在体系结构上的改进确保了 Intel Stratix 10 SoC将满足当前和未来嵌入式市场的要求，包括：无线和有线通信，数据中心加速以及众多军事应用。

Stratix 10 FPGA命名规则

Stratix 10 (GX, SX, TX) Devices

Stratix 10 (MX) Devices

Stratix 10 (DX) Devices

Stratix V系列FPGA

 

英特尔的 28 纳米 Stratix V FPGA 在高端应用中实现了高带宽、高系统集成度，不但非常灵活，而且降低了成本和总功耗。

分为三个系列，具体如下：

 

与Stratix 10对比如下

Stratix V系列FPGA选型参考

Stratix V GT Device

Stratix V GX Device

Stratix V GS Device

Stratix V E Device

Stratix V系列FPGA命名规则

 

Stratix IV系列虽然现在应用也很多，这里就不过多介绍了，有兴趣的请移步：https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/details/fpga/stratix/iv.html?wapkw=stratix%20iv

Arria系列FPGA

Arria系列从战略角度讲对标的是Xilinx K系列FPGA。

英特尔 Arria 设备家族可提供中端市场中的最佳性能和能效。英特尔 Arria 设备家族拥有丰富的内存、逻辑和数字信号处理 (DSP) 模块特性集，以及高达 25.78 Gbps 收发器的卓越信号完整性，支持您集成更多功能并最大限度地提高系统带宽。此外，Arria V 和英特尔 Arria 设备家族的 SoC 产品可提供基于 ARM 的硬核处理器系统 (HPS)，从而进一步提高集成度和节省更多成本。

各代Arria FPGA

 

家族	Arria GX	Arria II GX	Arria II GZ	Arria V GX, GT, SX	Arria V GZ	Arria 10
推出年份	2007	2009	2010 年	2011	2012	2013 年
制程技术	90 纳米	40 纳米	40 纳米	28 纳米	28 纳米	20 纳米

 

Arria 10 FPGA 和 SoC

借助公开可用的 OpenCores 设计，英特尔 Arria 10 FPGA 的内核性能不仅显著高于竞争产品，并且还提供了高达 20% 的 Fmax 优势。此外，英特尔 Arria 10 家族提供可编程逻辑行业唯一基于 20 纳米 ARM* 的 SoC，可提供高达 1.5 GHz 的时钟频率。英特尔 Arria 10 家族还首次在 FPGA 中提供了对浮点运算的强化支持，从而将 DSP 性能提升到新的水平。

架构如下：

 

 

 

主要分为以下三个系列：

 

Arria 10 FPGA 和 SoC选型参考

Arria 10 GX器件

 

Arria 10 GT

Arria 10 SX

Arria 10 FPGA 和 SoC命名规则

Arria 10 GX器件

Arria 10 GT

Arria 10 SX

自适应逻辑模块-ALM

如图 1 所示，增强的 ALM 具有 8 个输入，包括一个可拆分查找表 (LUT)、两个专用嵌入式加法器和 4 个专用寄存器。

实施基于 7 - 输入 LUT 的选定函数、所有 6 - 输入逻辑函数和两个独立函数（由更小的 LUT 组成，如两个独立的 4 输入 LUT），以优化内核利用率。为每个 8 - 输入可拆分 LUT 提供 4 个寄存器。这支持 器件最大限度提升核心性能和核心逻辑利用率，并为寄存器密集型和高度管道化设计提供更轻松的时序收敛。

ALM 特性与优势

 

每 ALM 的可用资源	优势	优势
8-输入可拆分LUT	可实施任何 6 - 输入逻辑函数和特定 7 - 输入函数，可拆分为更小的独立 LUT，如两个独立的 4 - 输入 LUT	英特尔 Quartus 设计软件具有可拆分性，并针对性能、效率、功耗和面积进行了优化
两个嵌入式加法器	支持两个两位加法或两个三位加法，无需任何额外的资源	可以从相同的 ALM 中生成操作数，无需任何额外的逻辑
4 个寄存器	最佳寄存器逻辑比率，以确保器件不受寄存器限制	丰富的寄存器，以提升寄存器密集型应用或管道设计的性能
4 个输出	可以在两个输出函数之间分配单个 ALM 的输入，支持快速运行广泛的输入函数，以及窄输入函数高效利用剩余资源
MLAB	英特尔 Stratix 系列 FPGA 的核心包括一个逻辑阵列模块，该模块由普通的 ALM 组成，或被配置为简单的 640 位双端口 SRAM 模块（被称作 MLAB）	MLAB 可以被配置为 64 x 10 或 32 x 20 简单双端口 SRAM 模块。MLAB 经过优化，可以 600-MHz 时钟速度的最大性能来实施过滤器延迟线、小型 FIFO 缓冲器和移位寄存器

 

Arria V FPGA 和 SoC

架构

 

可以分为如下几个系列：

 

主要有以下产品

Arria V FPGA 和 SoC选型参考

Arria V GX

Arria V GT

Arria V GZ

Arria V SX

Arria V ST

Arria V FPGA 和 SoC命名规则

Arria V GX

 

Arria V GT

Arria V GZ

Arria V SX

 

Arria V ST

 

Arria V FPGA 和 SoC汇总

 

Intel MAX 系列FPGA/CPLD

Intel MAX 系列FPGA/FPGA 战略上对标的是Xilinx的CPLD系列。

这个系列本来是Altera系列CPLD，但是后续Intel将这一些更改，将CPLD更改为FPGA（小型），这一更改或许代表着未来CPLD的发展（后续市场上或将不再有CPLD）。

这一系列改变主要架构还是CPLD，但是内部结构还是FPGA，所以不能称为CPLD，更像是CPLD+FPGA，Intel推广时还是将这一些列作为CPLD推广。

所以这里需要分为两个系列分别介绍。

 

系列	成熟的 CPLD 家族MAX II   CPLD	MAX IIZ CPLD	MAX V   CPLD	英特尔 MAX 10 FPGA
推出年份	1995 - 2002	2004 年	2007	2010 年
制程技术	0.50-0.30 微米	180 纳米	180 纳米	180 纳米
主要功能	5.0 V I/O	较多的 I/O 数量	低静态功耗	低成本、低功耗

 

Intel MAX 10 系列FPGA

英特尔MAX 10 FPGA 提高了外部系统组件功能的集成度，从而降低了系统级成本。与 CPLD 不同，55 纳米英特尔 MAX 10 FPGA 包括 FPGA 的全部功能，例如数字信号处理 (DSP)、带有模拟到数字转换器 (ADC)和温度传感器的模拟模块、嵌入式软核处理器支持、存储控制器和双配置闪存。

大约一下几种芯片：

 

 

Intel MAX 10 系列FPGA选型规则

 

 

Intel MAX 10 系列FPGA命名规则

 

Intel MAX V 系列CPLD

实现了低成本、低功耗和片上特性，MAX V CPLD 是市场上最有价值的设备。MAX V 设备采用独特的非易失性架构，提供可靠的全新特性，总功耗比竞品 CPLD 降低多达 50%。MAX V 设备非常适合许多细分市场中的通用及功耗和空间受限设计，包括固网、无线、工业、消费类、计算机和存储，以及广播和军事等。MAX V CPLD 被利用在广泛的各种应用中，它们过去只能在上一代 ASIC、ASSP、FPGA 和分立逻辑器件中实现。

这一些列战略上应该对标的是Xilinx S系列。

这一系列FPGA应该是大家最熟知的，Altera在国内推广的系列，很多大学的课程设计使用 的FPGA应该都是Altera Cyclone系列FPGA，而且很多人的启蒙FPGA应该也是这一系列FPGA（很多开发板都是这一系列FPGA），资料就不用多说了。

这里就简单介绍一下Cyclone 10、Clcyone V 及ClCyone IV（简单介绍）。

 

FPGA	Cyclone FPGA	Cyclone II FPGA	Cyclone III FPGA	Cyclone IV FPGA	Cyclone V FPGA	Cyclone 10 FPGA
推出年份	2002 年	2004 年	2007	2009	2011	2017
建议新设计使用	否	否	否	是	是	是

 

Intel Cyclone 10系列FPGA

Intel Cyclone 10基本被其他系列给湮灭掉了，和Xilinx S7系列一样，只是“存在”，低端基本使用MAX 10系列了，高端也不会使用该系列。

Cyclone V FPGA 提供了行业最低的系统成本和功耗，以及全新的性能水平，使设备产品家族成为突出您的大容量应用优势的理想之选。相比前代产品，总体功耗降低了高达 40%，您还可以获得高效的逻辑集成功能、集成收发器变体和 SoC FPGA 变体（包括基于 ARM* 的硬处理器系统 (HPS)）。

 

Intel Cyclone V系列FPGA命名规则

GX 和 E 设备架构都有非常高效的互联和低偏移时钟网络，支持时钟和数据信号的逻辑结构之间互联。

 

Intel/Altera 系列FPGA简介至此为止了，大部分现有的Intel的FPGA都有介绍，希望 对大家有帮助。

PS：最近翻阅Intel官网，发现浏览速度及中文支持似乎回到了N年前，比中间过渡期间好多了，或许”Intel“ YES！马上又要来了。

 

ＮＯＷ现在行动！

学习Xilinx FPGA最好的资料其实就是官方手册，下表总结了部分手册的主要介绍内容，关注我，持续更新中......

 

	文件名	主标题	内容简单介绍	是否有中文版
	UG476	7 Series FPGAs GTX/GTH  Transceivers	GTX和GTH介绍，PCIe、serdes等学习必备	否
	UG471	7 Series FPGAs SelectIO Resources	描述 7 系列 FPGA 中可用的 SelectIO资源。	否
	UG1114	PetaLinux Tools Documentaton	PetaLinux 工具文档 参考指南	是,V2019.2
	UG949	UltraFAST 设计方法指南（适用于 Vivado  Design Suite）	赛灵思 UltraFast  设计方法是用于为当今器件优化设计进程的一套最佳实践。这些设计的规模与复杂性需要执行特定的步骤与设计任务，从而确保设计每一个阶段的成功开展。依照这些步骤，并遵循最佳实践，将帮助您以最快的速度和最高的效率实现期望的设计目标	是,V2018.1
IP手册	pg057	FIFO Generator	FIFO生成器IP使用手册	否
pg104	Complex Multiplier	复数乘法器IP使用手册	否
pg122	RAM-Based Shift Register	移位寄存器IP使用手册	否