賽靈思采用專為 FPGA 定制的芯片制造工藝和創新型統一架構，讓 7 系列 FPGA 的功耗較前一代器件降低一半以上。

　　在開發 7 系列 FPGA 產品線的過程中，賽靈思的芯片架構師曾與數百位客戶交流過，一個話題被客戶反復提及，那就是功耗問題。正因為客戶有如此明確的要求，賽靈思在設計這款今年 3 月開始向客戶功耗的最新一代 28nm FPGA 時，把降低功耗和功耗管理視為優先考慮的問題。事實上，賽靈思 7 系列 FPGA 的功耗僅為前一代器件的一半，與此同時邏輯性能、I/O 性能顯著提升，收發器性達到了 28Gbps，且邏輯容量創下了新高(見視頻)。

　　功耗下降的關鍵原因是賽靈思為 7 系列 FPGA 選用了臺積電 (TSMC) 的 28nm HPL 工藝，該工藝是賽靈思和 TSMC 專門針對 FPGA 合作開發的。除了在功耗方面具有眾多內在優勢外，該工藝還有可靈活支持功率分級和電壓調節功能，而這兩種功能是采用其它工藝實現的 FPGA 所不具備的。除了選擇理想的 FPGA 工藝外，賽靈思還優化了器件架構，以進一步降低功耗。

　　賽靈思將發布改進后的電源分析工具，幫助設計人員評估賽靈思 FPGA 的功耗特性。

　　重中之重

　　功耗管理無疑已成為大多數 FPGA 用戶最為關心的問題。在過去，如果一個系統使用的是普通電源供電，只要客戶能夠將其插在電源插座上正常使用，他們就會很滿意，在選擇 FPGA 時，我們根本不必過分關注 FPGA 的功耗問題，只需考慮 FPGA 的性能和容量就可以。不過，事情已經發生了變化。

　　在過去 10 年中，行業已經步入了新的、速度更快的半導體制造工藝時代，但這些工藝存在嚴重的不足，那就是晶體管的漏電流問題。同時，系統制造商希望通過提供低功耗的產品來降低總體擁有成本或使用成本，從而實現產品的差異化，同時，開發出大量需要直流供電(電池供電系統)的創新型新產品。因此，降低功耗和投入功耗管理系統是大多數客戶所必須面對的，即便他們的目標不是手持設備。不管愿意與否，都必須關注功耗問題。

　　Navbeet Rao

　　連接功能設計平臺部產品經理

　　以人為本的供電

　　在 130nm 工藝節點下，IC 上的晶體管開始消耗電力，即便用戶將系統置于“待機”或“休眠”模式。這種不必要的電力消耗(常稱為靜態功耗或靜態漏電流)隨著 90nm、65nm 和45nm 工藝的推出日益嚴重。在 45nm 節點下，最糟糕時，靜態功耗占到了一般芯片功耗的 30% 到 60%。其余的才是動態功耗，即器件運行其實際設計用于處理的操作時消耗的電力。芯片性能越高，要求的晶體管性能越高，漏電流就越嚴重。

　　浪費電力當然不是件好事，但靜態功耗還會導致一個更嚴重的后果，即產生熱量。這種熱量加上動態功耗產生的熱量，會讓晶體管漏電更嚴重，反過來產生的熱量更多。這樣會導致更大的漏電流，陷入惡性循環。如果不進行適當的冷卻和功耗預算，聽之任之，這種漏電流生熱，熱導致更多漏電流的惡性循環會縮短 IC 的使用壽命，甚至引發熱失控，突然導致災難性的系統故障。據廣泛報道，這是微軟初始版本 Xbox 360的核心器件 Nvidia ASIC 的常見問題，導致大規模的召回和重新設計。

　　許多設計小組不得不自己想盡辦法來解決靜態功耗引發的問題。部分設計人員采用了“時鐘和電源門控”等方法，或在設計中采用“電源島”。眾多其他設計團隊則在系統中添加散熱片、風扇，甚至制冷電路和更大的功率電路，以供冷卻使用，從而應對漏電流問題。但所有這些措施都會增加項目設計的材料清單成本和人力成本。

　　除了行業范圍內普遍對漏電流的擔憂，部分企業降低功耗還有自己的原因。許多企業現在要么正舉著“環保大旗”，要么就是簡單地想讓自己的產品差異化，標榜采用比同類競爭系統功耗低的系統，可減少電費支出，具有更低的總擁有成本或運行成本。這對網絡和高性能計算來說尤其如此，它們需要大型高散熱系統全天候可靠運行。這些計算集群及其冷卻系統的用電成本極高，所以如果每顆芯片能夠節電幾瓦，加起來就非?？捎^。當然，任何電池供電的系統都把功耗視為優先考慮因素，因為功耗會直接影響電池充電或更換前的運行時間長短。

　　雖然 FPGA 要在商用移動電話(為數不多的產品銷售數量大到適合采用 ASIC 設計的市場之一)中得到廣泛應用還有一段路要走，使用 FPGA 的低功耗應用已經如雨后春筍般涌現出來，其中包括車載信息娛樂系統、駕駛員輔助系統、戰士戰場安全通信電子設備、手持移動醫療設備、3D 電視和電影攝像機、飛行器和太空探索器。