XtremeDSP解決方案將數字信號處理功能提升到極至

在當今要求最苛刻的數字信號處理(DSP)系統設計和開發中，賽靈思的FPGA產品扮演著越來越重要的角色，這一點并非偶然。經過二十多年的研究和工程開發，以及與數百家DSP客戶的密切合作，賽靈思的FPGA產品已經演化為高價值的DSP解決方案平臺，在性能、靈活性、上市時間以及產品壽命方面都提升到了極高的水平，同時還大大降低了總體系統成本和功耗。

眾所周知，FPGA能夠利用高度并行結構在單個時鐘周期內完成復雜算法。目前的FPGA在單個器件內能夠提供每秒數百上千(MSPS)和每秒數十億乘法累加操作(GMACS)的性能。擁有如此高的DSP性能水平，設計人員可以選擇降低FPGA的時鐘速率來節省功耗，也可以選擇實現更多通道來降低系統成本并降低材料清單成本(BOM)。

盡管如此，FPGA解決方案不僅具有如此大的成本/性能優勢，而且在靈活性、上市時間以及產品壽命方面的價值同樣非常誘人。對那些對高性能DSP技術有高需求且發展迅速的市場，包括通信、多媒體、視頻與圖像(MVI)以及國防行業等，都處于快速變化之中。不斷變化的標準、市場需求和客戶要求，瞬息萬變的經濟形勢和競爭態勢為能夠通過創新和靈活性跟上變化步伐的企業帶來了巨大的商業機會。對于越來越多的系統設計師和DSP設計人員來說，FPGA成為首選的平臺。

賽靈思XtremeDSP計劃2000年11月，賽靈思公司啟動了XtremeDSP™計劃，旨在為滿足通信、多媒體、視頻與圖像以及國防行業對高性能DSP的需求提供不斷演化的、針對應用優化的DSP解決方案產品線。其首要任務包括：

· 不斷擴展為DSP設計提供的高性能器件產品線

· 提供開發板和開發套件、參考設計和IP

· 推出用于不同DSP系統設計方法的設計和開發工具

· 提供補充的可編程邏輯、連接功能和嵌入式處理功能

· 與業界和大學建立戰略合作伙伴關系，提供培訓和支持

極高的性能和靈活性

性能、系統級成本和功效、更快的上市時間和靈活性是基于FPGA進行DSP設計的標志。所有這些價值優勢都是通信等行業中的領導廠商所迫切需要的。

全球對于更高質量、更大帶寬和更低成本的有線和無線話音、計算機和視頻數據通信的需求空前高漲。受此推動，新通信標準的數量和復雜性都在以指數級的速度增加。這很大原因是需要在傳統網絡和下一代網絡中的眾多通信層之間實現互操作性和數據交換。而且，通過無線方式提供新服務的需求不斷增加，這也是推動當今標準發展熱潮的重要原因。對于系統供應商來說，跟上這些標準的演進并且滿足極為關鍵的性能-價格-功耗比要求并不是一件容易的事。

對于高性能DSP解決方案所服務的動態市場來說，FPGA的靈活性意味著：

· 更高層次的集成以降低系統成本

· 領先的算法解決方案和標準實施支持更快速的上市時間，從而可大大提高市場份額

· 遠程調節易操作，適應無法預測的環境和功能變化(從而降低運營成本)

· 延長現有設計的生命周期(從而降低資本支出)

· 創新產品設計和移植的完美平臺，從而可跟上不斷變化的客戶需求和市場要求。

XtremeDSP器件產品線

XtremeDSP產品線包括 Virtex™-DSP 和 Spartan-DSP系列產品，為滿足廣泛的應用需求提供了豐富的價格、性能、功效、帶寬和IO組合。Virtex-5 SXT和Spartan-3A DSP產品是最近增加的新成員。

圖 1.XtremeDSP器件產品線

Virtex-5 SXT –最高的性能和連接功能

Virtex-5 SXT平臺進一步拓展了賽靈思公司的XtremeDSP™產品線，其中的三款新器件可滿足下一代無線、國防以及多媒體、視頻和圖像等應用對超高DSP帶寬和更低系統成本的要求。SXT是四個65nm Virtex-5 FPGA平臺中的第三個。隨著SXT平臺的推出，現在賽靈思FPGA可在550MHz時鐘下提供超過350 GMACS的DSP性能，同時與先前的90nm一代產品相比，動態功耗降低35%。Virtex-5 SXT平臺還是業界第一個通過低功耗收發器(達3.2 Gbps)提供串行連接功能的DSP優化的FPGA系列產品。

除了利用65nm ExpressFabric™技術提升邏輯性能以外，所有Virtex-5 FPGA都集成了用戶可配置的DSP48E邏輯片。DSP48E邏輯片是乘法累加(MAC)功能模塊的新發展。這些DSP引擎可在高達550 MHz的頻率下執行MAC操作。FPGA能夠實現高度并行的架構，從而使DSP性能比分立DSP處理器提高了兩個數量級以上，并且每個通道的成本和功耗達到了最低。

Virtex-5 SXT器件的邏輯密度范圍為35,000至95,000邏輯單元，同時專用DSP48E邏輯片的數量為192至640。集成多達11.6 Mbit嵌入式BlockRAM 和分布式RAM，這些器件提供了最高的存儲器邏輯資源比，可以高效地實現視頻處理和醫療圖像市場中DSP應用所需要的存儲器密集功能。

Virtex-5 SXT平臺還集成了低功耗RocketIO™ GTP收發器 (典型規格為100mW @ 3.2 Gbps)以及在Virtex-5 LXT平臺首次內建的PCI Express®端點和以太網MAC模塊。兩個平臺均支持所有主要的串行I/O 協議 (PCIe™、CPRI、OBSAI、SRIO、GbE和XAUI)，能夠為芯片與芯片、板與板以及機箱與機箱之間的高速大帶寬連接提供功耗最低的解決方案。

Spartan-3A DSP 平臺 –突破性的性價比

在為特定應用尋求最佳DSP解決方案的過程中，設計人員通常要在價格、性能和功耗之間進行大量的折衷，通常需要犧牲一項或多項性能來滿足另外一些方面的要求。Spartan-3A DSP平臺是賽靈思XtremeDSP產品線中的另一個新成員，同時也是第一個針對DSP優化的Spartan FPGA系列產品。Spartan-3A DSP將這三項關鍵的性能完美地結合起來，為大量應用提供了最佳組合。

信號處理容量

Spartan-3A DSP平臺量產時的單價低于30美元 ，在小尺寸封裝中可提供30 GMACS以上的DSP性能和高達2,200 Gbps的存儲器帶寬。這代表著前所未有的性能/價格突破，滿足了大量對價格和功耗都很敏感的應用的要求。這些應用包括單通道微蜂窩無線基站中的數字頭端(DFE)和基帶解決方案、軍用移動軟件定義無線電(SDR)、超聲系統、輔助駕駛/多媒體系統、高分辨率(HD)視頻以及智能IP相機等。