本文主要介紹FPGA選型時的速度等級這個參數。

大家在進行FPGA選型時都會看見一個參數：Speed Grade，這就是芯片的速度等級。 芯片的速度等級不是專門設計出來的，而是在芯片生產出來之后，實際測試標定出來的；速度快的芯片在總產量中的比率低，價格也就相應地高。 “序號越低，速度等級越高”這是Altera FPGA的排序方法，“序號越高，速度等級也越高”這是Xilinx FPGA的排序方法。

芯片的速度等級決定于芯片內部的門延時和線延時，這兩個因素又取決于晶體管的長度L和容值C，這兩個數值的差異最終取決于芯片的生產工藝。

在芯片生產過程中，有一個階段叫做speed binning。就是采用一定的方法、按照一組標準對生產出來的芯片進行篩選和分類，進而劃分不同的速度等級。

速度等級的標定不僅僅取決于芯片本身的品質，還與芯片的市場定位有很大關系，返修概率和成本也是因素之一。

芯片的等級可以在測試后加以具體調整和改善，在存儲器芯片的生產中這一技術應用很廣泛。

芯片生產的過程是充滿各種變數的，生產過程可以得到控制，但是控制不可能精確到一個分子、一個原子，產品質量只能是一個統計目標。同一個wafer上的芯片會有差異，即使是同一芯片的不同部分也是有差異的。速度等級是一個統計數字，反映了一批芯片的某些共同特性，不代表個別芯片的質量。而且由于某些芯片的測試是抽樣進行的，也不排除個別芯片的個別性能會低于標定的速度等級。不過，FPGA的測試是極其嚴格的，很可能我們拿到手的芯片個個都經過了詳盡的測試。這也是FPGA芯片價格高于普通芯片的原因。

同一等級的芯片中的絕大多數，其性能應該高于該速度等級的劃分標準。這也是為什么在FPGA設計中，有少許時序分析違規的設計下載到芯片中仍然能夠正常運行的原因（時序分析采用的模型參數是芯片的統計參數，是最保守也是最安全的）。不過，由于同一等級的芯片仍然存在性能差異，存在時序違規但是單次測試成功的FPGA設計不能確保在量產時不在個別芯片上出現問題（出了問題就要返修或現場調查，成本一下子就上去了）。所以，還是要把時序收斂了才能放心量產，這就是工程標準對產品質量的保證。

現實世界是模擬的，不是數字的。在考察現實問題時，數字工程師和軟件工程師應該拋棄“一是一、〇是〇”的觀念，用連續的眼光看待這個連續變化的真實世界。

芯片生產過程中的不確定性導致了芯片的性能差異，這一差異影響了芯片的價格，價格和性能的折中又影響了FPGA設計工程師在器件選型、設計方法上的決策，生產的產品的性價比決定了產品的銷售，產品的銷量又決定了芯片的采購量，采購量又影響了芯片的采購價格...

器件速度等級的選型，一個基本原則是：在滿足應用需求的情況下，盡量選用速度等級低的器件，主要有如下好處：

由于傳輸線效應，速度等級高的器件更容易產生信號反射，設計要在信號的完整性上花更多的精力；

速度等級高的器件一般用得比較少，價格經常會成倍增加，而且高速器件供貨渠道一般比較少，器件訂貨周期一般比較長，會延長產品的研發周期，降低產品上市率。

審核編輯：劉清