XILINX RFSoC全面解析(一)——芯片介绍

受限于摩尔定律与安迪-比尔定律的失效,半导体行业不得不另辟蹊径来发展芯片,XILINX公司的UltraScale++ ZYNQ系列的RFSoC芯片就是一款典型的代表,这款芯片将射频ADC、DAC、ARM、FPGA等集于一体。这是目前芯片行业的主流,大家都在做这种异构芯片。为什么要做异构芯片?

首先非异构的芯片已经快发展到顶了,比如CPU,现在主频上不去了,16核再往上加也很难了,所以你必须重新开辟发展道路。

其次就是异构芯片还挺有市场,很多应用场合都希望小型化低功耗,以前用一块电路板能完成的事情现在最好用一篇芯片就能解决掉,所以各大芯片公司都在不遗余力地发展异构芯片,异构芯片中又以SoC为代表,技术含量也最高。

XILINX公司也是牛逼,以前就是做FPGA芯片的公司,虽然说是领头羊,但也就是个造芯片的,但是你现在再打开它的官网,看看它的产品列表:

这哪还是卖芯片的呀,已经成功转型为做平台和做服务的了,RFSoC这种芯片也早已脱离的FPGA的范畴,现在都叫单芯片自适应射频平台,新推出的面向AI领域的ACAP芯片,起名叫自适应加速平台。(XILINX公司的人看到记得打钱)

回到RFSoC本身,RFSoC可以说是SoC芯片里的领头羊了,2017年发布,我是在2018年听说的,当时就震惊了,集成了射频直采+FPGA+ARM的芯片简直就是雷达和通信行业的福音,最近终于入手了这片芯片的官方开发板ZCU111。

近两年国产芯片行业可谓是炙手可热,很多以前不是做芯片的企业都跨界来做芯片,就如当年的房地产。country也是拼命地往芯片行业里砸钱,只能说早点干嘛去了,被美国搞一搞也好,生于忧患死于安乐。不能再把科技仅仅当做是一种生产力,科技工作者也不是新时代的工人,要跳出士农工商的固有思维,要真正做到以人为本,科技工作者应排第一,而不是士还有搞娱乐的人排在前面。

总之,希望国产芯片也能早日出现RFSoC这样高端的芯片。回归正题,正式开始介绍RFSoC。


先说说RFSoC能用在哪:

最大应用就是通信和雷达,先说通信,我不是通信行业的,只了解一点,首先这款芯片可以用在5G基站中,目前的基站中有大量的FPGA和大量的ADC/DAC器件,这些都是板级的,搞通信的非常想用,特别是MASSIVE MIMO,可惜很难买到。再有就是现在5G的频段目前(厘米波段)还不高,如果带通采样的话采样率不需要这么高,但是以后就不行了,为什么大家都要冲向毫米波,就是因为频率高,带宽量级能直接加个0,带宽高了信息量就能大幅度增加,但是带宽高了对ADC的采样率也要求高,这时候RFSoC就能派上用场了。

再说雷达,作为硬件处理平台来说和通信的基带处理平台区别不大,也是ADC+FPGA+DSP/ARM等组成的电路板,如果一片芯片就能搞定,从成本上和能耗上不知道能省多少,特别是雷达对ADC的采样率的要求一直就很高,能射频直采的话不知道能提升雷达多少作战性能,特别现在雷达都往MIMO、数字阵列这种方向发展,对ADC通道数和采样率的要求激增,RFSoC这种芯片如果能用上甚至会引发military雷达硬件架构的革命。各国5G根本没铺开,RFSoC用在4G上根本就是大材小用,所以这款芯片XILINX做出来根本就是给US army用的,不知道多少US Army's weapon已经使用了这款芯片了。国内的各种weapons不知道用了多少进口芯片,missile的核心芯片都是进口的,现在一下子不能用进口芯片了,不知道性能要下降多少,成本要增加多少,研发周期要增加多少。。。

接下来看看这款芯片里到底有什么:

上图左上角4个Cortex-A53 + 2个Cortex-R5,上半部分其它为ARM配套的硬件驱动、接口等;

左下角最高5G采样率的ADC,最高10GSPS的DAC、SD-FEC光纤接口;

正下方33G的SerDes、十万兆以太网、4代PCIe;

右下角还有UltarRAM和DSP资源。

看完这些你就知道这款芯片有多高端了,ZCU111开发板官网售价接近9000美金,芯片价格没查到,估计商业级的都得1000美金起步。真正的点沙成金术(芯片的主要成分是硅,相同重量的金子未必有相同重量的沙子(芯片)值钱)。


最后,看下这个芯片的具体指标,我拿到的ZCU111是第一代的RFSoC,我就只列这个型号的指标,其它的查选型手册:

https://download.csdn.net/download/lightninghenry/12881047

RFSoC性能指标
名称 指标 备注
芯片型号

XCZU28DR-2FFVG1517E

 
芯片尺寸 40mm*40mm  
功耗 17W左右 常温,ADC+ARM+高速接口+小部分逻辑
pin脚数量 1517个  
质量等级 E(商业级) 0~100℃
ADC指标
通道数 8通道  
采样率 4.096GSPS每通道  
位宽 12bit  
SNR 59.2dB

测试采样率:

3.93216GSPS

输入信号:

240MHz频率,–1dBFS幅值

SFDR 78.9dBc
SNDR 59.1dB
DDC 每通道1个 我理解应当是ADC后面跟了ASIC硬核
抽取/插值倍数 1,2,4,8
DAC指标
通道数 8通道  
采样率 6.554GSPS每通道  
位宽 14bit  
FPGA(PL)指标
速度等级 -2 中等
逻辑单元 930K 统一的标准,等效最原始的4输入LUT
CLB LUT 425K  
RAM 60.5Mb 含block RAM和ultra RAM(22.5Mb)
DSP slice 4272个  
GTY数量 16个 32.75Gbps每个
PCIe PCIe® Gen3 x16 ®  2个  
150G Interlaken 1个  
100G Ethernet  2个  
PSIO 214个  
HDIO 48个  
HPIO 299个  
处理系统(PS)指标
处理器 4个Cortex-A53 + 2个Cortex-R5  
A53简介

https://developer.arm.com/ip-products/processors/cortex-a/cortex-a53

Cortex-A53不仅是功耗效率最高的ARM应用处理器,也是全球最小的64位处理器。https://zhuanlan.zhihu.com/p/182992875

R5简介

https://developer.arm.com/ip-products/processors/cortex-r/cortex-r5

https://blog.csdn.net/x1481448673/article/details/56004013?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-title-3&spm=1001.2101.3001.4242

A53主频 1.3GHz  

A53体系结构

Armv8-A 32/64位  
A53整数计算能力 2.3DMIPS/MHz range  
A53浮点计算能力 双精度FPU 多少FLOPS有待实测
A53 L2缓存 1MB 4核共用
A53物理寻址空间 ≥4GB  
GTR数量 4个 6Gbps每个,仅A53可使用
R9主频 533MHz 无法访问PL,也无法访问DDR
R9体系结构 Armv7-R  
R9整数计算能力 1.67/2.01/2.45DMIPS/MHz range 没确定是哪个
R9浮点计算能力 双精度FPU 多少FLOPS有待实测
其余PS指标 见上图  

我想我列的指标应当挺全了,如果有错误欢迎评论指正,

如有补充也请留言,我再加进去。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/lightninghenry/article/details/108734506