Altera推出电源优化FPGA参考设计

2013年5月，FPGA知名厂商Altera宣布收购电源厂商Enpirion，成为当月业界重大新闻之一。FPGA厂商收购电源厂商，在这么多年来尚属首例。看来，FPGA厂商又将创新延展到了电源管理上来。新闻刚刚发布，Altera的相关发言人就和媒体有了对话，但由于刚刚收购过来，很多具体的事情还没落实，我们也只是大概了解到，Altera将和收购过来的Enpirion团队共同合作推出针对FPGA优化的电源解决方案，并且强调，只有通过收购，在同一屋檐下，才能够紧密合作，打造最适合FPGA的电源解决方案。

时隔半年，Altera推出了收购后的首个产品系列——电源优化的FPGA参考设计四款。这四款参考设计分别将Altera 28nm 产品Cyclone V SoC、Stratix V、Arria V 和Cyclone V与Enpirion的PowerSoC DC/DC转换器集成在一块开发板上。Enpirion的PowerSoC DC/DC转换器模块在很小的高效散热封装中包括了集成控制器、高频功率FET和电感，可将整个电路板的面积减小50%，功效提升35%，因省却了几个电容器，总材料体电容成本降低50%。

本次的媒体发言人Altera公司电源业务部市场总监Mark Davidson比较深入地介绍了Altera选择收购Enpirion的主要原因。随着FPGA的工艺水平发展到20nm和14nm甚至更高，架构更加复杂，FPGA对电源管理的要求也愈加苛刻。比如Altera公司基于14nm的产品Stratix 10，其数字内核耗电100mA，对电源精度的要求很高，如何做好稳压非常重要。一旦电压超出了额定范围，FPGA芯片就会被烧毁或失效。这对于FPGA的用户来说是个很大挑战，客户普遍缺乏电源相关方面的知识。选择收购Enpirion，是因为Enpirion是专门为FPGA提供电源管理解决方案的公司，他们的解决方案针对FPGA的要求而优化，体积小、效率高、易用并且可靠性高。

Enpirion在它的DC/DC转换器中运用了一种模拟的流程，能够实现很高的切换频率以及很高的效能，同时还运用了磁性工程学方面的技术将电感集成到电源管理芯片内部。电感器对DC/DC转换器来说是非常重要的器件。电感集成以后，可省略原来外部电路所需要的几个去耦电容，就可以实现在很小的面积内带来很强的电流。

Mark Davidson还指出，在28nm工艺水平上，FPGA的电源管理还不需要特别的技术去支持它，因此，目前Altera推出的电源优化参考设计是基于28nm产品的，其结构是将Enpirion的电源管理模块与Altera 28nm的FPGA放在一块开发电路板上，目前Enpirion 的模块也是可以支持其他厂商的处理器的。而到20nm和14nm工艺时，正如前面所述，FPGA需要新的技术来优化其电源管理，简单的将二者放到一个开发板上已经不能解决问题，将二者集成到一个芯片或封装中可能才是更好的解决方案，这就是为什么Altera一定要通过收购而不是合作的方式开来实现电源管理方案的优化。这样的创新可以说是前无古人的。

仅仅是目前将二者放在一个开发板上，就已经可以为基于28nmFPGA的系统设计带来很多好处。除了前面所列出的高效、低成本、高可靠性外，整个系统的设计流程也得到了很大优化。传统的设计流程需要18步，采用PowerSoC的设计流程简化到6步，而使用了新推出的集成了PowerSoC的电源优化的FPGA参考设计后，设计流程简化到仅3步：1.运行电源优化器/估算器；2.选择PowerSoC；3.使用FPGA电源原理图/Gerbers。

Altera推出的第一款电源优化FPGA参考设计是面向低功耗、低成本的Cyclone V SoC的电源参考设计，它在28 nm FPGA中集成了ARM® Cortex™ A9处理器系统。2013年底提供面向Stratix® V、Arria® V和Cyclone V FPGA的电源参考设计。

图1 面向低功耗、低成本的Cyclone V SoC的电源参考设计

GEC