¿Qué impacto tiene la incorporación del controlador LPDDR4X/5 integrado en términos de eficiencia energética, coste total del sistema y complejidad de diseño?
El controlador LPDDR4x/5 reforzado reduce el uso de recursos lógicos, lo que libera tejido programable para la lógica de aplicación; disminuye el consumo de energía; simplifica el diseño al eliminar la necesidad de IP de memoria blanda o puentes de memoria externos; reduce la lista de materiales y el coste del sistema; y permite un mayor ancho de banda con menor latencia.
Estas mejoras son especialmente importantes en aplicaciones como la generación de imágenes, el preprocesamiento de inteligencia artificial y el almacenamiento de datos en la periferia.
La compatibilidad con PCIe Gen4 y memorias SPI octal sugiere aplicaciones exigentes en términos de transferencia de datos. ¿En qué sectores o escenarios específicos están viendo más tracción para estos FPGA?
La compatibilidad con PCIe Gen4 x8 y la memoria Octal SPI agiliza la entrada y salida de datos. Esto es fundamental para aplicaciones como la visión integrada, la aceleración de redes, las pruebas y mediciones industriales, las imágenes médicas y los canales de IA Edge.
La arquitectura UltraScale+ ya es conocida por su madurez. ¿Qué mejoras concretas se han introducido en estos modelos Spartan respecto a generaciones anteriores?
A la vez que mantienen la compatibilidad con las cadenas de herramientas e IP UltraScale+, los dispositivos Spartan UltraScale+ son los primeros de la clase Spartan en el nodo de 16 nm, lo que proporciona muchas ventajas en comparación con los 28 nm utilizados en Spartan 7. Se han realizado amplias mejoras de seguridad en toda la familia.
Ahora es posible arrancar desde SPI octal. Los dispositivos Spartan UltraScale+ de mayor tamaño incluyen un controlador LPDDR4x/5 reforzado y bloques PCIe Gen4 para reducir la dependencia de IP blanda y aumentar el rendimiento. El controlador LPDDR4x/5 reforzado operará la memoria a 4.266 Mb/s. MIPI funciona a 3.200 Mb/s.
Para soportar estas altas velocidades ha sido necesario introducir un nuevo tipo de E/S: XP5IO. Los dispositivos Spartan UltraScale+ de mayor tamaño ofrecen transceptores gigabit y UltraRAM.
Y, de nuevo, preguntamos a Rob Bauer: en cuanto a herramientas de desarrollo, ¿qué nuevas funcionalidades ofrece Vivado 2025 para sacar el máximo partido a estos dispositivos? ¿Existen mejoras relevantes en el flujo de diseño o en la reutilización de bloques IP?
AMD Vivado 2025 ofrece una cabina de diseño de software unificada con simulación integrada, planificación de planta, depuración y optimización.
Las características de diseño incluyen una interfaz de scripting Python para permitir la automatización y los flujos avanzados; soporte de recompilación parcial para acelerar la iteración del diseño con construcciones particionadas; y reutilización IP mejorada para que los diseñadores puedan reutilizar bloques DCP (Design Checkpoint) a través de dispositivos/proyectos. Algunas de las novedades que puede esperar en Vivado 2025.1 for Spartan UltraScale+ FPGA incluyen:
- Generación PDI en flujos de proyecto Vivado y flujos sin proyecto
- Programación directa PDI sobre JTAG
- Programación flash indirecta de los siguientes dispositivos (solo formato PDI, no hay soporte para formato MCS):
- OSPI: MT35XU02GCBA
- QSPI: MT25QU01G, MT25QL01G, MT25QU128
- Depuración de carga PDI mediante la herramienta pdi_dbg_util
- Depuración de Fabric (PL) mediante VIO, ILA
- Depuración de MicroBlaze y MicroBlaze V
- DFX es compatible, pero la entrega parcial de imágenes a través de PMC Bridge IP no ha sido probada.
- Estimación de la potencia mediante Power Design Manager (PDM).
Finalmente, ¿cómo se posiciona AMD con esta serie Spartan UltraScale+ frente a soluciones equivalentes de la competencia en cuanto a coste, rendimiento y facilidad de integración?
Según Rob Bauer, las FPGA Spartan UltraScale+ ofrecen alta disponibilidad de E/S, bajo consumo de energía y seguridad avanzada para aplicaciones integradas de visión, sanidad, redes industriales, robótica, ciudades inteligentes y vídeo.
Los dispositivos proporcionan un menor coste por E/S y celda lógica; la mejor densidad de E/S de su clase, PCIe Gen4, LPDDR5 y transceptores de alta velocidad; compatibilidad con herramientas a través de las plataformas Vivado y AMD Vitis; y funciones de seguridad mejoradas que incluyen PQC, contramedidas DPA, PUF y detección de manipulación.
Los dispositivos Spartan UltraScale+ también heredan la arquitectura LUT6, con un 40% más de eficiencia en el uso de la lógica y 1,8 veces más rendimiento, utilizando un 46% menos de energía que la arquitectura LUT4 de la competencia.
Aprovechando la suite de diseño Vivado de AMD, estas soluciones permiten una implantación de BMC rápida, segura y escalable para centros de datos inteligentes.
Notas:
1 Sobre la base de las pruebas de AMD realizadas en julio de 2024, en las que se midieron las puntuaciones de utilización de los dispositivos AMD Artix 7 A100T (28 nm) y Artix UltraScale+ AU7P (16 nm) basados en la arquitectura LUT6 frente a los dispositivos Lattice Nexus MachXO5 25 (28 nm) y Lattice Avant E70 (16 nm) basados en la arquitectura LUT4, medidos en AMD Vivado 2024.1 y Lattice Radiant 2024.1, respectivamente, a varios grados de velocidad, promedió más de 30 diseños de núcleo abierto. Los resultados variarán en función de la arquitectura, el dispositivo, el grado de velocidad, el tamaño del paquete, el diseño, la configuración y otros factores. (COP-001)
2 Basado en pruebas de AMD en julio de 2024, realizadas en las herramientas de estimación de energía de AMD (XPE_2019_1_2 para 28 nm y PDM_2024.1 para 16 nm) y la herramienta de estimación de energía radiante Lattice 2024.1, para medir el consumo de energía de las FPGA AMD Spartan UltraScale+ SU35P, SU50P y SU100P en comparación con las FPGA Lattice MachXO5-NX-25, CertusPro-NX50 y MachXO5-NX-100T con grado de velocidad HP. Los resultados de potencia total incluyen solo la potencia de la estructura y HDIO. Los resultados indicados asumen una temperatura ambiente máxima normalizada de 100 °C y una ventaja de utilización del 40% para LUT6, al seleccionar dispositivos competitivos para la comparación. Los resultados están sujetos a cambios cuando los productos se lanzan al mercado y variarán según la arquitectura, el tamaño del paquete, el grado de velocidad, el dispositivo, el diseño, la configuración y otros factores. (SUS-014)
