Intel® Arria® 10 FPGA 與 SoC

20 奈米的最高效能 FPGA 與 SoC1

使用公開提供的 OpenCore 設計時，與競爭對手相比，Intel® Arria® 10 FPGAs 帶來提升多個速度等級的核心效能，以及最多 20% 的 fMAX 優勢。1Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 的功耗比前一代 FPGA 和 SoC 降低 40%，並採用業界唯一的硬浮點數位訊號處理（DSP）區塊，速度高達每秒 1.5 萬億浮點運算次數（TFLOPS）。1

搭載 20 奈米 ARM* 的 Intel® Arria® 10 SoC 可為中階應用提供最佳的效能、電源使用效率、小外型規格與低成本。Intel Arria 10 SoC 採用 TSMC 的 20 奈米製程技術，結合雙核心 ARM Cortex*-A9 MPCore* 硬核處理器系統（HPS）與領先業界的可程式化邏輯技術，其中包含強化浮點處數位訊號處理（DSP）區塊。Intel Arria 10 SoC 提供具有豐富功能組的處理器，在一個高度整合的封裝中，滿載嵌入式周邊裝置、強化浮點可變式精確度 DSP 區塊、嵌入式高速收發器、硬式記憶體控制器，以及通訊協定智慧財產（IP）控制器等種種功能。

亦請參閱：Intel® Arria® 10 FPGA 與 SoC 設計軟體、 Design Store、下載項目、社群與支援

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Intel® Arria® 10 FPGA 與 SoC

最高效能 20 奈米 FPGA 與 SoC FPGA1

使用公開提供的 OpenCores 設計時，與競爭對手相比，Intel® Arria® 10 FPGAs 帶來提升多個速度等級的核心效能，以及最多 20% 的 Fmax 優勢。1此外，Intel® Arria® 10 系列提供可程式化邏輯業界唯一採用 20 奈米 ARM* 的 SoC FPGA，提供最高 1.5 GHz 的時脈速度。Intel® Arria® 10 系列也首度在 FPGA 中支援硬式的浮點運算，實現全新境界的 DSP 效能。

Intel® Arria® 10 SoC FPGA：架構至關重要

Intel® Arria® 10 SoC FPGA 使用高頻寬互連骨幹， 整合包含處理器、周邊裝置和記憶體介面的 ARM* 硬核處理器系統（HPS）與 FPGA 架構。其結合硬智慧財產（IP）的效能和節能特色，以及可程式化邏輯的靈活性。Intel® Arria® 10 SoC 採用 TSMC 的 20 奈米製程技術，結合雙核心 ARM* Cortex*-A9 MPCore* HPS 與領先業界的可程式化邏輯技術，其中包含強化浮點處數位訊號處理（DSP）區塊。

硬核處理器系統（HPS）

Intel® Arria® 10 SoC 具備搭載第 2 代雙核心 ARM* Cortex*-A9 MPCore* 處理器的硬核處理器系統（HPS），速度更快、更安全，並與前一代 SoC 的軟體相容。透過 Intel® Arria® 10 SoC，您可以在可供使用者自訂的單一系統單晶片中，整合 GHz 級處理器、FPGA 邏輯和數位訊號處理（DSP）功能，藉此縮減主機板尺寸，同時提升效能。 Intel® Arria® 10 SoC 提供迄今為止最廣泛的 FPGA 邏輯密度選擇。這些改進設計可滿足新一代通訊、廣播、電腦和儲存設備的效能、功率與安全需求。

更快

以 1.5 GHz 運作時，此處理器的效能比前一代提升 50% 以上，並降低 30% 的功耗。

更安全

Intel® Arria® 10 SoC 可支援以橢圓曲線數位簽章驗證（EC DSA）進行身份驗證的安全開機，以及用於支援信任根目錄的分層公開金鑰基礎架構、進階加密標準（AES）和新的防篡改功能。

提升的架構

Intel® Arria® 10 HPS 現在具備三個乙太網路 MAC 核心、256 KB 暫存 RAM、支援 8 位元和 16 位元 NAND 快閃裝置、eMMC SD/SDIO/MMC 卡，以及 72 位元 DDR3/4 記憶體。

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Intel® Arria® 10 SoC 系列 HPS 功能特色

HPS 通用於 Intel® Arria® 10 SoC 系列中的所有裝置。

處理器

雙核心 ARM* Cortex-A9* MPCore* 處理器，採用 ARM* CoreSight* 除錯與追蹤技術。

協同處理器

向量浮點運算單元（VFPU）單與雙精確度、適用於每個處理器窺探控制單元（SCU）的 ARM* NEON* 媒體處理引擎、加速一致性連接埠（ACP）。

Level 1 快取

32 KB L1 指令快取、32 KB L1 資料快取。

Level 2 快取

512 KB 共享 L2 快取。

暫存記憶體

256 KB。

HPS DDR 記憶體

DDR4 和 DDR3（最高 64 位元，具有錯誤修正碼（ECC））。

直接記憶體存取（DMA）控制器

8 通道直接記憶體存取（DMA）。

乙太網路媒體存取控制器（EMAC）

3 個 10/100/1000 EMAC，具備整合式 DMA。

USB On-The-Go 控制器（OTG）

2 個 USB OTG，具備整合式 DMA。

UART 控制器

2 個 UART 16550 相容。

序列周邊介面（SPI）控制器

4 個 SPI。

I2C 控制器

5 個 I2C。

QSPI 快閃控制器

1 個 SIO、DIO、QIO SPI 快閃支援。

SD/SDIO/MMC 控制器

1 個 eMMC 4.5，支援 DMA 與 CE-ATA。

NAND 快閃控制器

1 個 ONFI 1.0 或以上版本，支援 8 及 16 位元。

一般用途 I/O（GPIO）

最大 62 個軟體可程化的 GPIO。

計時器

7 個一般用途計時器、4 個看門狗計時器。

安全性

安全開機、進階加密標準（AES），以及採用橢圓曲線數位簽章演算法（ECDSA）的驗證機制。

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收發器

適用於可靠通訊的高頻寬、低延遲收發器

Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 序列收發器提供高頻寬、低延遲與最低功耗，有助於建構高速通訊系統。2無論是透過主機板取得資料、透過背板將資料分發到伺服器刀鋒、將資料移至資料中心的下一個底座，或是透過複雜的光傳輸網路將資料傳輸到全世界，Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 收發器都可提供各種各樣的功能來支援廣泛的通訊協定組，並以低成本提供可靠的頻寬。

Intel® Arria® 10 FPGA 與 SoC 收發器應用

Intel® Arria® 10 FPGA 與 SoC 收發器十分適合用於：

  • 遠端無線電站。
  • Nx100G 資料傳輸。
  • 伺服器加速。
  • 4K 影片處理。
  • 軍事雷達。
  • 以及更多高頻寬應用。
  • Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 採用 20 奈米製程技術，提供超過 3.3 Tbps 的總序列頻寬。Intel® Arria® 10 GX 裝置以 17.4 Gbps 速率為短距離應用提供最多 96 個通道，並為背板支援提供最高 12.5 Gbps 的速率。此外，Intel® Arria® 10 GT FPGA 也提供最高 25.78 Gbps 的資料傳輸率，為中階裝置帶來高階頻寬效能。

Intel® Arria® 10 FPGA 與 SoC 收發器功能特色

Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 收發器具備多樣化的功能組，可處理各種鏈路並提供無差錯的鏈路操作，包括全功能實體媒體附接（PMA）和硬實體編碼子層（PCS）等層級。此外，專用的 PCI Express*（PCIe*）硬智慧財產（IP）區塊提供完整強化的通訊協定堆疊，可支援 PCIe* Gen1、Gen2 和 Gen3x8。下圖顯示可用於實現高速序列鏈路的豐富功能組，並說明其優勢。

功能特色

晶片對晶片資料傳輸率

125 Mbps 至 17.4 Gbps（Intel® Arria® 10 GX 裝置）。

125 Mbps 至 25.78 Gbps（Intel® Arria® 10 GT 裝置）。

背板支援

以最高 12.5 Gbps 的資料傳輸率驅動背板。

光學模組支援

SFP+/SFP、XFP、CXP、QSFP/QSFP28、CFP/CFP2/CFP4。

連接線驅動支援

SFP+ Direct Attach、PCIe* over cable、eSATA。

傳輸預強調

5-Tap 傳輸預強調和去加重以彌補系統通道損耗。

雙模式連續時間線性等化器（CTLE）

高增益性和高資料傳輸率模式接收器線性等化，以彌補系統通道損耗。

決策回饋等化器（DFE）

11 個固定 Tap 的 DFE，可在有串擾的情況和嘈雜環境中等化背板通道損耗。

可變增益放大器（VGA）

寬頻放大器，將輸入動態範圍最大化。

Altera 數位適應性參數調整（ADAPT）

全數位適應引擎可自動調整所有鏈路等化參數，包括 CTLE、DFE 和 VGA 區塊，無需使用者邏輯干預即可提供最佳化的鏈路餘量。

精確度訊號完整性校準引擎（PreCISE）

強化的校準控制器可在開機時快速校準所有收發器校準參數，以確保最佳化的訊號完整性效能。

ATX 傳輸鎖相迴路（PLL）

具有連續調諧範圍的極低跳動 LC（電感器-電容器）傳輸 PLL，涵蓋各種標準和專屬通訊協定。

時脈倍頻器 PLL（CMU PLL）

採用環式振盪器的傳輸時脈源，適合多速率應用。

分數 PLL（fPLL）

晶載分割頻率合成器，可取代主機板內建的晶體振盪器，並降低系統成本。

數位輔助的混合型時脈資料回復（CDR）

透過獨立通道 PLL，提供出色的跳動耐度與快速的鎖定時間。

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DSP 區塊模式

可用的三種 DSP 區塊模式如下：

  • 浮點模式。
  • 標準精確度模式。
  • 高精確度模式。

Intel® Arria® 10 FPGA 與 SoC 中的的強化浮點處理

在 Intel® Arria® 10 裝置中，Intel 加入了硬浮點運算子以增強可變式精確度 DSP 區塊。Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 可變式精確度 DSP 區塊採用新的浮點模式，可提供最高 1.5 TeraFLOP 的突破性浮點效能。

在 Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 中執行 IEEE 754 單精確度強化浮點 DSP（數位訊號處理）區塊的架構創新，帶來最高 1.5 TFLOP（每秒萬億次浮點運算數）的處理速率，以及最高 40 GFLOP/Watt 的電源效率。

透過適用於 Intel® Arria® 10DSP 區塊的三種模式：標準精確度固定點、高精確度固定點和單精確度浮點，設計人員可以執行各種需要固定點運算的演算法，直到使用符合 IEEE 754 標準的雙精確度浮點運算。硬浮點處理能力使設計人員能以近似於固定點的效能和電源效率在浮點中執行演算法，同時對功率、面積或密度沒有任何影響，且不會損失固定點的特性或功能。

Intel® Arria® 10 FPGA 和 SoC 是具吸引力的解決方案，適用於工業、無線系統、運算密集型應用（例如高效能運算）、機器學習、高精確度雷達，以及資料中心加速應用。

浮點模式

浮點模式中的單一 DSP 區塊提供 IEEE 754 單精確度浮點乘法器，以及 IEEE 754 單精確度加法器，為市場上的任何 FPGA 帶來最高的浮點效能。這些浮點運算子可讓浮點設計近似於傳統的固定點設計，為 FPGA 設計人員提供浮點的優勢，而無需額外成本。此外，設計人員能夠維持使用浮點，不必花費數月時間將演算法轉換為固定點並驗證準確性。

浮點模式提供：

  • 每個 DSP 區塊中，都有 IEEE 754 單精確度乘法器和 IEEE 754 單精確度加法器。
  • 支援浮點作業，例如：AxB、A+C、A-C、AxB+C、AxB-C、Acc=AxB+Acc。
  • 使用向量運算，以支援卷積、內積和其他線性代數函數。
  • 使用快速傅立葉變換（FFT）的複數乘法。

除了浮點功能外，全新的可變式精確度區塊還包含：

  • 內部管道暫存器，以提升 fMAX 速度並降低耗電量。
  • 108 個輸入、74 個輸出。
  • 18 x 19 乘法模式，可讓預加器使用兩個 18 位元輸入。
  • 可選用第二個累加器（回饋暫存器）以進行複雜的序列化過濾。
  • 雙 18x19 獨立乘法器。
  • 內建 18 位元或 28 位元係數暫存器庫，可使用或不使用預加器函數。

Cascade 匯流排

所有 DSP 區塊模式都具備 64 位元累加器，每個可變式精確度 DSP 區塊都隨附 64 位元 Cascade 匯流排，可透過使用專用匯流排來串聯多個區塊，以執行更高精確度的訊號處理作業。

可變式精確度 DSP 架構保持向下相容性。它可以有效率地支援現有的 18 位元 DSP 應用，例如高解析度影片處理、數位升頻或降頻轉換，以及多速率過濾。

用於提高設計人員生產力的完整工具套件，包括模型式、C 型和 HDL/IP 型設計輸入。

需要更高的浮點效能？Intel® Arria® 10 設計提供無縫設計和裝置移轉路徑，以使用最高可達 10 TFLOPS 效能的 Stratix 10 裝置。 如需更多資訊，請聯絡您當地的銷售代表。

其他資源

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比較產品
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產品與效能資訊

1

元件效能測試使用特定的電腦系統和特定測試。任何有關上述條件的變更均可能導致不同結果。考慮購買時，為了充分評估效能，請參考其他資訊來源。如需有關效能與效能標竿結果更完整的資訊，請參閱 www.intel.com/benchmarks。

2

Intel® 技術的功能與優勢取決於系統配置，而且可能需要支援的硬體、軟體或服務啟動。實際效能會依系統組態而異。沒有電腦系統能提供絕對的安全性。詳情請洽詢購入系統的製造商或零售商，或是上網參閱 http://www.intel.com.tw。