Xilinx 7 시리즈 FPGA 및 SoC 디바이스의 장점

Xilinx는 28 nm 노드에서 FPGA의 정의를 확장하여 업계에서 가장 발전된 FPGA뿐만 아니라 업계 판도를 바꿀 SoC와 3D IC 라인을 출시했습니다. NI는 Xilinx 7 시리즈 디바이스의 요구사항을 정의하는 데 중요한 역할을 했으며 SoC 프로그램의 주요 파트너였습니다.

Xilinx는 PC의 그래픽 칩셋에 적합한 고성능/고전력 프로세스나 휴대폰 디바이스를 대상으로 하는 저전력 프로세스를 사용하지 않고 TSMC와 협력하여 디바이스 요구사항에 맞는 프로세스를 개발했습니다. 따라서 TSMC 28 nm 고성능 저전력 (HPL) 프로세스 기술에는 Xilinx 디바이스가 판매되는 모든 시장에 적합한 성능과 전력 절감 기능이 포함되어 있습니다. 따라서 고성능으로 실행해야 하는 설계라도 높은 전력에 엄청난 비용을 들이지 않아도 됩니다. 반대로 전력 요구사항이 엄격한 설계도 상대적으로 고성능 목표를 달성할 수 있습니다. Xilinx는 동일하게 28 nm HPL 실리콘 프로세스에 초점을 맞춘 전체 7 시리즈 포트폴리오를 통해 아키텍처 혁신에 집중했습니다. 7 시리즈의 경우, Xilinx는 새로운 저비용 Artix-7 제품군, 중급 Kintex-7 제품군, 고급 Virtex-7 제품군이 포함된 확장 가능한 FPGA의 전체 라인을 도입했습니다. 기본 FPGA 빌딩 블록에는 로직 셀, DSP 블록, BlockRAM 등이 있으며, 모두 7 시리즈에 일관되게 사용되었기 때문에 설계를 훨씬 더 간단하게 마이그레이션할 수 있습니다.

Xilinx는 FPGA의 전체 라인 외에도 Zynq-7000 SoC와 Virtex-7 3D IC라는 업계 최초 디바이스를 두 가지 개발했습니다. 두 디바이스 모두 전 세계 무역 간행물과 업계 협회로부터 수많은 혁신상을 수상했습니다.

Zynq-7000 SoC는 그림 1과 같이 칩 하나에 풍부한 표준 I/O 주변 장치 세트가 있는 듀얼 코어 ARM Cortex-A9 CPU와 프로그래밍 가능한 로직 도메인의 FPGA 패브릭이 있는 SoC 프로세싱 시스템 도메인의 다중 포트 메모리 컨트롤러를 결합합니다. 2,000개 이상의 상호 연결로 프로세싱 시스템을 프로그래밍 가능한 로직과 인터페이스합니다. 이를 통해 프로세싱 로직과 프로그래밍 가능한 로직 간의 고성능, 저지연 통신, 확장성, 유연성, 기능을 달성할 수 있습니다. 이는 인쇄 회로 보드를 통해 이산 프로세서 기반 디바이스를 FPGA에 연결하는 다른 시스템에서는 이룰 수 없는 것입니다. 이러한 통합은 Zynq-7000 기반 NI 플랫폼의 핵심 가치로, CompactRIO cRIO-906x, 단일 보드 RIO 제품(sbRIO-9607/9627/9637), 전력 전자 제어 시스템용 단일 보드 RIO GPIC 키트, SOM (System-On-Module) sbRIO-9651, myRIO, 그리드 자동화 시스템이 포함됩니다. 프로세싱 시스템과 프로그래밍 가능한 로직 간 고성능, 저지연 상호 연결은 16개의 병렬 DMA 채널과 300 MB/s 이상의 기능적 대역폭을 실현합니다.

7 시리즈의 모든 디바이스는 ARM AXI-4 버스 프로토콜을 표준으로 사용합니다. IP는 ARM 기반 시스템에서 구현되며, 모든 7 시리즈 디바이스로 쉽게 마이그레이션할 수 있습니다. NI는 LabVIEW FPGA를 통해 AXI 인터페이스에서 표준화된 Xilinx CORE Generator IP에 대한 액세스뿐만 아니라 어플리케이션별 IP 세트를 제공합니다. 이를 통해 제조업체 간에 IP 상호 운용성이 주어지고 시간이 지난 후에도 설계를 더 쉽게 유지관리하고 개선할 수 있습니다.

^{그림 1: Zynq-7000 SoC는 듀얼 코어 ARM Cortex-A9 프로세싱 시스템, 28 nm FPGA 패브릭 (프로그래밍 가능한 로직) 및 주요 주변 장치를 단일 디바이스에 결합합니다.}

Xilinx는 1988년에 FPGA를 개발한 이래 지금까지 최첨단 FPGA 기술을 선보이고 있습니다. Kintex-7은 이 기술의 정점을 보여줍니다. 이는 전력 소비 대비 FPGA 패브릭 클럭 속도 성능, 고속 I/O, 용량, 보안, 신뢰성이 완벽히 균형을 이룬 디바이스 제품군입니다.

매우 균형적인 기능 세트로, 사용자 정의 트리거링, 하드웨어 타이밍 테스트 시퀀싱, 의료 이미징, 대형 물리학 제어 및 초광대역폭 통신과 레이더 모니터링, 신호 지능, 프로토콜 인식 디지털 테스트, 리얼타임 비전 알고리즘, 소프트웨어 정의 라디오와 같은 광범위한 테스트와 고성능 임베디드 어플리케이션에 적합합니다.

새로운 Kintex-7 FPGA는 LabVIEW Reconfigurable I/O (RIO) 아키텍처를 사용하는 다양한 제품에 좋습니다. 이 디바이스 제품군은 이전의 고급 FPGA와 용량과 성능이 같지만 소비하는 전력은 절반입니다. 소비되는 전력이 크게 줄었다는 것은 디바이스당 디지털 신호 처리 기능을 NI의 이전 세대 FPGA 지원 하드웨어보다 2배 이상 실현할 수 있다는 것을 의미합니다. 엔지니어는 로직과 DSP 리소스가 증가함에 따라 더 광범위하게 신호 처리와 리얼타임 분석을 실행하여 더 복잡한 알고리즘을 구현하고 증가하는 I/O 데이터 속도와 현재 매우 복잡한 어플리케이션에 대응할 수 있습니다.

DDR3 메모리 컨트롤러는 DSP 리소스가 더 많은 것은 물론 이전 세대의 3.2 GB/s 속도에 비해 임시 스토리지에 10 GB/s (이론적) 인터페이스를 구현하는 데 유용합니다. 또한 내장 PCI Express 컨트롤러 대역폭이 800 MB/s에서 1,600 MB/s로 증가하여 FPGA에서 호스트로 데이터를 훨씬 더 빠르게 전송할 수 있습니다.

Kintex-7의 장점을 활용하는 NI 플랫폼과 제품에는 R 시리즈 다기능 RIO, PXI 플랫폼, FlexRIO, 디지털 I/O, CompactRIO 플랫폼, USRP (Universal Software Radio Peripheral) 플랫폼 (소프트웨어 정의 라디오)이 있습니다.

Artix-7은 Kintex-7과 같은 FPGA 리소스를 사용하지만, 소비 전력이 더 적고 더 작은 패키지에 비슷한 수준의 성능을 제공하여 가격대가 저렴합니다. Artix-7 FPGA 기술은 Zynq-7000 SoC가 탑재된 NI 제품과 C 시리즈 확장 섀시에서 사용되어 사용자 정의 타이밍, 온보드 처리, 제어를 구현합니다. FPGA 빌딩 블록은 기능면에서 Kintex-7과 같기 때문에, 특히 LabVIEW FPGA를 사용하는 경우 디바이스 간 마이그레이션이 쉽습니다.

NI RIO 하드웨어에서 Xilinx 7 시리즈 FPGA와 Zynq-7000 SoC를 사용하는 개발자라면 LabVIEW 2014 이후 버전에서 Xilinx의 최신 컴파일 기술인 Vivado의 성능을 누릴 수 있습니다. Vivado 컴파일 도구는 다음과 같은 다양한 이점을 제공합니다.

• 더 일관된 믿을 수 있는 타이밍 클로저 
• 리소스 활용도 향상
• 이전에 Xilinx ISE (NI cRIO-9068 및 NI PXIe-7975R)를 사용하던 Kintex-7 FPGA 타겟의 컴파일 속도 향상

^{그림 2: Xilinx의 새로운 Vivado 컴파일 기술은 이전에 Xilinx ISE를 사용하던 Kintex-7과 Zynq-7000 SoC 타겟의 컴파일 시간을 단축합니다.}

필자 정보

Robert Bielby—Xilinx Inc. 전략 마케팅 및 비즈니스 계획 담당 수석 이사

Greg Brown, NI 수석 마케팅 관리자

Xilinx 7 시리즈 FPGA 및 SoC를 사용하는 NI 타겟 및 디바이스 살펴보기:

• CompactRIO
• Single-Board RIO
• FlexRIO
• PXI 플랫폼
• USRP 플랫폼
• LabVIEW RIO 아키텍처 및 LabVIEW FPGA에 대해 자세히 알아보기: LabVIEW FPGA