Блочная память
Изменения коснулись не только распределенной (рис. 3), но и блочной памяти (рис. 4). Объем базового блока увеличен ровно в 2 раза и составляет теперь 36 Кбит. Тем не менее, каждый блок может быть использован как два независимых блока по 18 Кбит. Дополнительно в составе блока присутствуют цепи, облегчающие построение модулей FIFO (очередей) и устройства коррекции ошибок. Логика FIFO обеспечивает флаги «FIFO полон», «FIFO пуст», а также флаги «FIFO почти полон» и «FIFO почти пуст» с программируемыми порогами срабатывания. Память может использоваться с шириной данных от 1 до 72 разрядов. В 72-разрядном варианте доступен только так называемый «простой двухпортовый режим», в котором один порт используется для чтения, а другой — для записи. В остальных вариантах доступен «истинный двухпортовый режим», при котором оба порта могут использоваться как для чтения, так и для записи. Частота работы блочной памяти достигает 550 МГц, а ее объем10 Мбит.
Рис. 3. Изменения в реализации распределенной памяти
Рис. 4. Блочная память
Качественные изменения, произошедшие в способе организации блочной памяти, соответствуют общей тенденции увеличения пиковой пропускной способности интерфейсов обмена между памятью и арифметическими устройствами. Не секрет, что в микропроцессорной технике пропускная способность подсистемы памяти является одной из важнейших характеристик, и слишком низкое ее значение может существенно ухудшить показатели системы даже при наличии высокопроизводительного процессора. В этой связи устройства на базе ПЛИС находятся в достаточно выгодной ситуации, поскольку каждый из блоков внутренней памяти доступен независимо, к тому же большое количество программируемых выводов позволяет реализовать параллельный доступ к нескольким устройствам внешней памяти. По некоторым оценкам, суммарная пропускная способность устройств Virtex-5 составляет 389 Гбит/с! Это весьма впечатляющая цифра, позволяющая позиционировать ПЛИС этого семейства в качестве аппаратной платформы для высокопроизводительных параллельных вычислений. Вообще говоря, в подобном качестве успешно выступали и ПЛИС Virtex-4, однако по оценке производителя они имеют в 4,4 раза меньшую пропускную способность памяти.
Аппаратные умножители — блоки dsp48e
С блочной памятью обычно ассоциированы аппаратные умножители. Точнее говоря, такое соответствие наблюдалось в семействах Virtex-II/II Pro, где число блоков памяти было строго равно числу умножителей. Подразумевалось, что память хранит коэффициенты цифровых фильтров. Однако с увеличением уровня интеграции и распространением софтпроцессоров появилась возможность реализовать на том же кристалле не только блоки цифровой обработки сигналов, но и управляющий процессор (например, MicroBlaze), который также требует памяти для хранения программы и данных. Поэтому по мере увеличения общей емкости ПЛИС количество блоков памяти растет быстрее, чем количество блоков DSP.
Структурная схема блока цифровой обработки сигналов показана на рис. 5. В этом блоке также были сделаны изменения. Прежде всего, вместо умножения двух 18-разрядных операндов стало доступно перемножение 25-разрядного числа на 18-разрядное. Аккумулятор заменен 48-разрядным сумматором-вычитателем. Введена возможность каскадирования с получением 96-разрядного результата (что достаточно важно для ряда современных алгоритмов корреляционной обработки). Кроме того, возможно каскадирование блоков DSP с применением выделенных трассировочных ресурсов в пределах одной колонки. Наконец, добавлен независимый 48-разрядный вход и возможность суммирования трех операндов в пределах одного блока. Остается упомянуть повышение тактовой частоты до 550 МГц (500 МГц у Virtex-4) и примерно 40%-ное снижение потребляемой мощности по сравнению с тем же Virtex-4. Таким образом, можно сказать, что кроме очевидных преимуществ современного технологического процесса имеют место качественные улучшения, связанные с применением новой архитектуры блока.
Рис. 5. Блок DSP48E