1. 什么是SSI芯片?
SSI是Stacked Silicon Interconnect的縮寫。SSI芯片其實就是我們通常所說的多die芯片。其基本結構如下圖所示。可以看到SSI芯片的基本單元是SLR(Super Logic Region),也就是我們所說的die。SLR之間通過Interposer“粘合”在一起。每個SLR可看做一片小規模FPGA。
2. 如何從芯片型號上判斷FPGA是否是多die芯片?
在芯片選型手冊上,有如下圖所示說明,根據圖中紅色方框標記可判斷該芯片是否是SSI芯片。
3. UltraScale和UltraScale+系列有哪些芯片是SSI芯片?
總的來說,UltraScale+大部分都是多die芯片,如下圖所示。圖中還可以看到每個芯片所包含的SLR的個數以及每個SLR的大小。SLR的大小以時鐘區域(Clock Region)衡量,例如,VU5P有兩個SLR,每個SLR的寬度為6,高度為5,所以共有6x5也就是30個Clock Region。同時,還可以看到每個SLR的大小是一致的。
圖片來源:Table 19,ds890
4. 在Vivado下如何判斷芯片是多die芯片?
只要獲知芯片的具體型號,在Vivado Tcl Console中執行如下圖所示命令即可獲得該芯片所包含的SLR的個數。例如,對于XCVU5P,屬性SLRS的返回值為2,說明該芯片有兩個SLR,故其是多die芯片;而對于XCVU3P,返回值為1,說明該芯片只有一個SLR,故其是單die芯片。
5. 多die芯片的每個SLR地位一樣嗎?
多die芯片的每個SLR其結構基本是一致的,都包含CLB、Block RAM、DSP和GT等。但這些SLR的地位是不一樣的。這其中只有一個SLR是Master SLR。通過如下圖所示的命令可獲取Master SLR(需要在打開的工程中或DCP中執行該命令)。通常SLR0為Master SLR。用于配置FPGA的電路、DNA_PORT和EFUSE_USER只存在于Master SLR中。
6. SLR之間是如何互連的?
這是多die芯片設計中的一個重要問題。SLR之間通過專用布線資源SLL(Super Long Line)互連。SLL的個數是有限的。以XCVU5P為例,可通過如下命令獲取SLL的個數。這在設計初期是非常重要的。需要根據此數值評估跨die網線個數是否合理。跨die網線過多很可能造成布線擁塞,進而影響時序收斂。
7. 跨die時鐘需要特殊處理嗎?
對于SSI器件,Interposer上分布了專用的全局時鐘走線,因此,對于跨die時鐘并不需要特殊處理,同時該時鐘也不會占用SLL。
8. Block RAM和DSP48能否跨die級聯?
以DSP48為例,其有專門的級聯端口,例如PCOUT/PCIN。因此,相鄰的兩個DSP48級聯時,會使用專用的級聯布線資源。但是,這種布線資源僅限于die內。類似地,Block RAM、Carry Chain等在die內可使用固有的級聯布線資源。
9. 對于多die芯片,如何評估資源利用率?
器件選型階段需要根據設計規模選擇合適的芯片。這個階段,需要根據整個設計的資源利用率確定芯片規模。一旦選定SSI器件,就要及早考慮模塊劃分,也就是如何將設計分配到每個die內,使每個die的資源利用率盡可能平衡,此時就要考慮每個die的資源利用率,避免出現某個die某一資源利用率過高以至于出現擁塞,而另一個die該資源利用率偏低的情形。這一工作要在設計初期完成,本質上就是要設計好合理的數據流,從而達到兩個目的:每個die的資源利用率比較均衡;跨die網線個數合理。
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原文標題:9個關于SSI芯片的必知問題
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