简述Xilinx 7系列FPGA芯片相关知识

FPGA设计论坛 2023-11-28 488

Xilinx 7系列芯片应用非常广泛，具有成本低、性能强悍、成熟稳定的特点，目前Xilinx（AMD）已延长该系列芯片的生命周期至少到2035年。

本文主要介绍Xilinx 7系列FPGA芯片的知识以及特点。

一、7系列芯片的工艺级别

xilinx 7系列FPGA芯片采用的是28nm生产工艺，主要分为Spartan、Artix、Kintex和Virtex四个系列。

Xilinx 7系列的性能、密度和价格随系列不同而提升。

Spartan-7系列作为7系列中的入门级产品，有着最低的价格、功耗和尺寸，适用于低端应用。

Artix-7系列相比于Spartan-7系列增加了串行收发器和DSP功能，并具有更大的逻辑容量，适合逻辑稍微复杂的中低端应用。

Kintex-7系列是7系列中的性价比之王，在硬核数量和逻辑容量方面都表现优异，适用于中低端和部分高端应用。

Virtex-7系列则是7系列中的旗舰产品，只在高端应用中使用，对于中低端应用来说过于强大而显得大材小用。

二、7系列芯片命名规则

FPGA

说明：

XC：xilinx Commercial；

7：7系列；

S：SPARTAN系列，A：ARTIX系列，K：KINTEX系列，V：VIRTEX系列。

###：逻辑资源（logic cells）数目；

-1：速度等级（数字越大速度等级越高）；

FG/FF：封装方式；

900：引脚数；

C/I/Q：温度等级。

三、Spartan系列

Spartan系列是入门级产品，采用小型封装并提供出色的性能功耗比，可满足最苛刻的要求。这些器件包含MicroBlaze 软处理器，运行速率超过 200 DMIPS，具有基于 28nm 技术的 800Mb /s DDR3 支持。

此外，Spartan 7 器件可在所有商业类器件上提供集成 ADC，专用安全功能和 Q 级（-40°C 至 +125°C）。这些器件是工业、消费类应用以及汽车应用的理想选择，其中包括任意连接、传感器融合以及嵌入式视觉等应用。

FPGA

主要优势：

可编程的系统集成	针对 I/O 连接进行了优化，实现高引脚数与逻辑之比MicroBlaze 处理器软 IP集成式安全监控
提升的系统性能	速度比 45nm 器件系列快 30%达到 1.25Gb/s LVDS 高度灵活的软内存控制器支持每秒 25.6Gb 的峰值 DDR3-800 内存带宽
BOM 成本削减	用于集成离散模拟及监控电路的 XADC 与 SYSMON针对系统 I/O 扩展进行了成本优化
总功耗削减	1.0V 内核电压或 0.95V 内核电压选项总功耗比 45nm 器件系列降低 50%
加速设计生产力	由 Vivado HLx Design Suite WebPack 提供支持 Vivado IP 集成器的自动建构校正模块级设计具有可扩展的优化架构、综合全面的工具以及 IP 核重用

四、Artix 7系列

Artix 7 系列器件在单个成本优化的 FPGA 中提供了高性能功耗比架构、收发器线速、DSP 处理能力以及 AMS 集成。包含MicroBlaze 软处理器和 1,066Mb/s DDR3 技术支持，此系列为各类成本功耗敏感型应用提供最大价值，包括软件定义无线电、机器视觉照相以及低端无线回传。

FPGA

主要优势：

可编程的系统集成	高达 215K 逻辑单元; AXI IP 和模拟混合信号集成
提升的系统性能	支持高达 16 路 6.6G GT 收发器、930 GMAC、13Mb BRAM、1.2Gb/s LVDS 和 DDR3-1066
BOM 成本削减	小型焊线封装，可节省 5 美元的模拟组件费用
总功耗削减	与 45nm 器件相比，实现 65% 的静电降低以及 50% 的功耗降低。
加速设计生产力	具有可扩展的优化架构、综合全面的工具以及 IP 核

五、Kintex 7系列

Kintex 7 FPGA 为您的设计在 28nm 节点实现出色的成本/性能/功耗平衡，同时提供高 DSP 率、高性价比封装，并支持 PCIe Gen3 和 10 Gigabit Ethernet 等主流标准。

Kintex 7 系列是 3G / 4G 无线、平板显示器和 video over IP 解决方案等应用的理想选择。

FPGA

主要优势：

可编程的系统集成	高达 478K 逻辑单元; 与 VCXO 元件、/ AXI IP、和 AMS集成
提升的系统性能	支持高达 32路 12.5G 收发器、2,845 GMAC、34Mb BRAM、和 DDR3-1866
BOM 成本削减	与相似密度 40nm 器件相比，价格降低一半
总功耗削减	与前代 40nm 器件相比，功耗降低 50%
加速设计生产力	可扩展优化架构、综合全面的工具、IP 和开发板与套件

六、Virtex 7 系列

Virtex系列的器件是7系列中性能最高的产品，当然价格也最贵。该系列可用于 10G 至 100G 联网、便携式雷达以及 ASIC 原型设计等各种应用。

FPGA

主要优势：

可编程的系统集成	高达 2M 逻辑单元，与VCXO 元件、 AXI IP、和 AMS 集成
提升的系统性能	实现 2.8 Tb/s 总串行带宽，支持 96 x 13.1G GTs、16 x 28.05G GTs、5,335 GMACs、68Mb BRAM、DDR3-1866
BOM 成本削减	与多芯片解决方案相比，其成本可降低 40%。
总功耗削减	与多芯片解决方案相比，功耗降低高达 50%
加速设计生产力	具有可扩展的优化架构、综合全面的工具、IP 核以及 TDP