PowerPlay Early Power Estimator User Guide

PowerPlay Early Power Estimator User Guide
PowerPlay Early Power Estimator
ユーザーガイド
101 Innovation Drive
San Jose, CA 95134
www.altera.com
UG-01070-4.0
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May 2011
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services.
PowerPlay Early Power Estimator User Guide
May 2011
Altera Corporation
目次
第 1 章 . PowerPlay Early Power Estimator の概要
リリース情報 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–1
サポートされているデバイス・ファミリのパワー・モデルの
ステータス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
サポートされている機能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
第 2 章 . PowerPlay Early Power Estimator の設定
システム要件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–1
PowerPlay Early Power Estimator のダウンロードおよび
インストール . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–1
消費電力の見積もり . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–2
FPGA デザイン開始前の消費電力の見積り . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–2
PowerPlay Early Power Estimator への情報の入力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–2
すべての値の消去 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–3
手動による値の入力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–3
FPGA デザイン作成中の消費電力の見積り . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–3
ファイルのインポート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–3
FPGA デザイン完了後の消費電力の見積り . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–5
第 3 章 . PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Main ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–1
Input Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–2
Thermal Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–4
Power Supply Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–6
Thermal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–7
ヒート・シンクを使用していない場合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–9
ヒート・シンクの使用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–9
Logic ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–12
RAM ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–16
DSP ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–20
I/O ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–23
PLL ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–27
Clock ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–29
HSDI ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–31
XCVR ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–33
IP ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–37
Report ワークシート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–39
各電圧レールのスタティック消費電力およびダイナミック電流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–39
各機能ブロックの省電力のレポート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–39
パワーアップ電流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–40
複数の電圧電源用の電源ブレイクアウト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–40
第 4 章 . PowerPlay Early Power Estimator スプレッドシートの
正確さに影響する要因
トグル・レート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–1
空気流量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–2
温度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–3
ヒート・シンク . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–4
2010 年 7 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
iv
追加情報
改訂履歴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Info–1
アルテラへのお問い合わせ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Info–1
表記規則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Info–2
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2010 年 7 月
Altera Corporation
1. PowerPlay Early Power Estimator
の概要
このユーザーガイドでは、Arria® II、Cyclone® III、Cyclone IV、HardCopy® III、HardCopy IV、
Stratix® III、Stratix IV、および Stratix V デバイス・ファミリに対する PowerPlay Early
Power Estimator (EPE) のサポートについて説明します。このユーザーガイドでは、
FPGA デザインの任意のステージでこのツールを使用する方法についてステップごと
の指示を提供します。また、熱解析および FPGA の消費電力に影響を及ぼす要因につ
いても説明されています。デバイス・リソース、動作周波数、トグル・レートおよ
びその他のパラメータを入力することで、Microsoft Excel ベースの PowerPlay EPE スプ
レッドシートまたは Quartus® II ソフトウェアの PowerPlay Power Analyzer ツールを使用
して FPGA の消費電力を見積もることができます。
1
アルテラは、この計算結果を消費電力の見積りにのみ使用し、仕様（規格）として
使用しないことを推奨しています。消費電力の計算結果は、デバイスの実際のデザ
インや動作条件、環境などにより大きく影響されますので、デバイス動作中の実際
の消費電力を確認することが重要です。
f 利用可能なデバイス・リソース、サポートされる I/O 規格、その他のデバイス機能に
ついて詳しくは、該当するデバイス・ファミリ・ハンドブックを参照してください。
f MAXデバイスおよび他のAltera® CPLD用のPowerPlay EPEのサポートについて詳しくは、
「PowerPlay Early Power Estimator for Altera CPLDs User Guide」を参照してください。
■
デザインを作成する前、またはデザイン・プロセス中に消費電力の見積りを実行
■
Quartus II ソフトウェアが生成する PowerPlay EPE ファイルを使用して、デバイス・
リソースの情報を Quartus II ソフトウェアから PowerPlay EPE スプレッドシートに
インポート
■
デザインの暫定的な熱解析を実行
リリース情報
表 1-1 に、サポートされているデバイス・ファミリおよびこのユーザーガイドに記
載されている PowerPlay EPE スプレッドシートのバージョンを示します。
表 1-1. PowerPlay EPE スプレッドシートのバージョン
2011 年 5 月
Altera Corporation
デバイス・ファミリ
PowerPlay EPE スプレッドシートの
バージョン
Arria II GX
9.1 以降
Arria II GZ
10.1 以降
Cyclone III、Cyclone III LS、および Cyclone IV
9.1 以降
HardCopy III および HardCopy IV
9.1 以降
Stratix III および Stratix IV
9.1 以降
Stratix V
10.0 以降
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator の概要
サポートされているデバイス・ファミリのパワー・モデルの ステー
1–2
1
ご使用のEPE スプレッドシートは Quartus IIソフトウェアのバージョンに対応しなけれ
ばなりません。例えば、Quartus II ソフトウェア v9.1 で PowerPlay EPE ファイルを生成
する場合、バージョン 9.1 の EPE スプレッドシートを使用する必要があります。
サポートされているデバイス・ファミリのパワー・モデルの
ステータス
PowerPlay EPE スプレッドシートにおけるパワー・モデルには、暫定的または最終的
なものがあります。暫定的なパワー・モデルは変更される場合があります。暫定的
なパワー・モデルは、シミュレーション結果、プロセス・データ、およびその他の
既知のパラメータによって作成されています。最終的なパワー・モデルは、実際のデ
バイスに対する相関に基づいて作成されています。パワー・モデルが最終的なものに
なったら、パワー・モデルへの変更はそれ以上行われないと考えられます。
表 1-2 に、このユーザーガイドで説明したサポートされているデバイス・ファミリ
のパワー・モデルのステータスが記載されています。
表 1-2. サポートされているデバイス・ファミリのパワー・モデルのステータス
デバイス・ファミリ
パワー・モデルのステータス
Arria II
最終
Cyclone III
最終
Cyclone III LS
最終
Cyclone IV
最終
HardCopy III
暫定
HardCopy IV
暫定
Stratix III
最終
Stratix IV
最終
Stratix V
暫定
サポートされている機能
表 1-3 、アルテラの各デバイスのサポートされている機能を示します。
表 1-3. デバイス・ファミリのサポートされている機能
デバイス
Logic
RAM
DSP
I/O
PLL
Clock
HSIO
XCVR
IP
Arria II
v
v
v
v
v
v
v
v
v
Cyclone III
v
v
v
v
v
v
—
—
v
Cyclone III LS
v
v
v
v
v
v
—
—
v
Cyclone IV E
v
v
v
v
v
v
—
—
v
Cyclone IV GX
v
v
v
v
v
v
—
v
v
HardCopy III
v
v
v
v
v
v
v
—
v
HardCopy IV
v
v
v
v
v
v
v
v
v
Stratix III
v
v
v
v
v
v
v
—
v
Stratix IV
v
v
v
v
v
v
v
v
v
Stratix V
v
v
v
v
v
v
v
v
v
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
2. PowerPlay Early Power Estimator
の設定
システム要件
PowerPlay EPE スプレッドシートには以下のものが必要です。
■
Quartus II ソフトウェアをサポートする Windows オペレーティング・システム
■
Microsoft Excel 2003 または Microsoft Excel 2007
■
Quartus II ソフトウェア・バージョン 9.1 以降（インポート用ファイルを生成する場
合）
f サポートされるオペレーティング・システムについて詳しくは、アルテラ・ウェブ
サイトでの「オペレーティング・システム・サポート」のページを参照してくださ
い。
PowerPlay Early Power Estimator のダウンロードおよび
インストール
アルテラ・デバイス用の PowerPlay EPE スプレッドシートは、アルテラ・ウェブサイ
トの「PowerPlay Early Power Estimators (EPE) & 消費電力解析」のページで提供
されています。契約条件を読んで I Agree をクリックすると、Microsoft Excel ファイル
(.xls または .xlsx) をダウンロードできます。
デフォルトでは、Microsoft Excel 2003 および Microsoft Excel 2007 のマクロ・セキュリ
ティ・レベルは High に設定されます。マクロ・セキュリティ・レベルが High に設定
されると、マクロが自動的に実行不可になります。PowerPlay EPE スプレッドシート
内の機能を正確に動作させるには、マクロをイネーブルしなければなりません。
Microsoft Excel 2003 のマクロ・セキュリティ・レベルを変更するには、次の手順を実
行してください。
1. Tools メニューの Options をクリックします。
2. Security タブで、Macro Security をクリックします。
3. Security ダイアログ・ボックスの Security Level タブで、Medium を選択します。
Ok をクリックします。
4. Options ウィンドウの Ok をクリックします。
5. PowerPlay EPE スプレッドシードを一度閉じてから再度開きます。
6. マクロが含まれているスプレッドシートを開くたびに、マクロを実行するかどう
かたずねるポップアップ・ウィンドウが表示されます。Enable Macros をクリック
します。
Microsoft Excel 2007 のマクロ・セキュリティ・レベルを変更するには、次の手順を実
行してください。
7. .xlsx ファイルの左上隅にある Office ボタンをクリックします。
8. メニューの下で、Excel Options ボタンをクリックします。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator の設定
消費電力の見積もり
2–2
9. 左側の Trust Center ボタンをクリックします。そして、Trust Center Settings ボタン
をクリックします。
10. Trust Center ダイアログ・ボックスで、Marco Settings ボタンをクリックします。
Disable all macros with notification をオフにします。
11. PowerPlay EPE スプレッドシードを一度閉じてから再度開きます。
12. Office リボンの下にセキュリティ警告が表示されます。Options をクリックします。
13. Microsoft Office Security Options ダイアログ・ボックスで、Enable this content をオ
ンにします。
消費電力の見積もり
PowerPlay EPE スプレッドシートを使用して、デザイン・サイクルの任意時点での消
費電力を見積ることができます。デザインを開始していない場合、またはデザイン
が完了していない場合に、PowerPlay EPE スプレッドシートを使用して消費電力を見
積ることができます。完全なデザインの消費電力を見積もるには、PowerPlay EPE ス
プレッドシートを使用してもかまいませんが、Quartus II ソフトウェアの PowerPlay
Power Analyzer を使用することが推奨されています。これは、PowerPlay Power Analyzer
が正確な配線および各種の動作モードをより正確に解析できるためです。
FPGA デザイン開始前の消費電力の見積り
表 2-1 に、FPGA デザインを開始する前に PowerPlay EPE スプレッドシートを使用す
る場合の利点と欠点を示します。
表 2-1. FPGA 設計前の消費電力見積り
利点
■
FPGA デザインを開始する前に消
費電力の見積りを行うことがで
きる。
欠点
■
正確さはデバイス・リソースの入力と見積りに
依存するが、この情報は（デザインの途中また
は完了後に）変化することがあり、消費電力の
見積り結果の精度が低くなる可能性がある。
■
見積り作業に長時間を要することがある。
FPGA デザインを開始する前に PowerPlay EPE スプレッドシートで消費電力を見積る
には、以下のステップを実行します。
1. PowerPlay EPE スプレッドシートの Main ワークシートで、Family、Device、および
Package のドロップダウン・リストから、ターゲットのファミリ、デバイスおよ
びパッケージを選択します。
2. PowerPlay EPE の各ワークシートに値を入力します。PowerPlay EPE スプレッドシー
トのワークシートごとに、クロックや PLL（Phase-Locked Loop）などの異なる消
費電力セクションが表示されます。
3. Total カラムに、消費電力の見積りが表示されます。
PowerPlay Early Power Estimator への情報の入力
消費電力情報を PowerPlay EPE スプレッドシートに手動で入力するか、Quartus II ソフ
トウェアで生成される PowerPlay EPE ファイルを読み込むことができます。PowerPlay
EPE スプレッドシートの現在の値をすべて消去することもできます。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator の設定
消費電力の見積もり
2–3
PowerPlay EPE スプレッドシートを使用するには、デバイス・リソース、動作周波数、
トグル・レート、その他のパラメータを入力します。既存のデザインがない場合、デ
ザインで使用するデバイス・リソース数を見積って、その情報を PowerPlay EPE スプ
レッドシートに入力する必要があります。詳細は、2 ページの「FPGA デザイン開始
前の消費電力の見積り」を参照してください。
すべての値の消去
Reset をクリックすると、ユーザーが入力した PowerPlay EPE スプレッドシートの値
をすべてリセットできます。
1
Reset 機能を使用するには、スプレッドシートのマクロを有効にしなければなりませ
ん。スプレッドシートのマクロが有効になっていない場合、ユーザーが入力した値
をすべて手動でリセットする必要があります。
手動による値の入力
PowerPlay EPE スプレッドシートの適切なセクションに、値を手動で入力できます。
白い、影なしのセルは入力セルであり、変更可能です。各セクションには、デザイン
に基づいてモジュール名を指定できるカラムがあります。
FPGA デザイン作成中の消費電力の見積り
FPGA のデザインが部分的に完成しているときに、Quartus II ソフトウェアが生成する
PowerPlay EPE ファイル (<revision name>_early_pwr.csv) を PowerPlay EPE スプレッド
シートにインポートすることができます。<revision name>_early_pwr.csv からの情報
を PowerPlay EPE スプレッドシートにインポートした後、最終的なデザインのデバイ
ス・リソース見積り数を反映するようにスプレッドシートを編集できます。
表 2-2 に、部分的に完成している FPGA デザインに対して、PowerPlay EPE スプレッ
ドシートを使用する場合の利点と欠点を示します。
表 2-2. FPGA デザインが部分的に完成しているときの消費電力見積り
利点
■
FPGA デザイン・サイクルの早期段階で
消費電力の見積りを行うことができる。
■
Quartus II ソフトウェアのコンパイル結
果に基づいて、PowerPlay Early Power
Estimator スプレッドシートに自動的に
データを入力する柔軟性を提供する。
欠点
■
正確さはデバイス・リソースの入力と
見積りに依存するが、この情報は（デ
ザインの途中または完了後に）変化す
ることがあり、消費電力の見積り結果
の精度が低くなる可能性がある。
■
見積り作業に長時間を要することがあ
る。
ファイルのインポート
FPGA のデザインが部分的に完成している場合に PowerPlay Early Power Estimator スプ
レッドシートで消費電力を見積るには、ファイルをインポートすることができます。
ファイルをインポートすることにより、情報を手動で入力する場合に費やされる時
間と労力が節約されます。インポートした後で値を手動で変更することもできます。
PowerPlay EPE ファイルを生成するには、以下のステップを実行します。
1. 部分的に完成した FPGA デザインを Quartus II ソフトウェアでコンパイルします。
2. Project メニューで、Generate PowerPlay Early Power Estimator File をクリックして、
Quartus II ソフトウェアで <revision name>_early_pwr.csv を生成します。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator の設定
消費電力の見積もり
2–4
PowerPlay EPE スプレッドシートにデータをインポートするには、以下のステップを
実行します。
3. PowerPlay EPE スプレッドシートで、Import Quartus II File をクリックします。
4. Quartus II ソフトウェアで生成された PowerPlay EPE ファイルに移動し、Open をク
リックします。ファイルには <revision name>_early_pwr.csv という名前が付いてい
ます。
5. 確認ウィンドウで OK をクリックし、処理を続行します。
6. ファイルがインポートされたら、OK をクリックします。OK をクリックすると、
インポートの完了を確認することになります。インポート中にエラーが発生した
場合、.err ファイルに詳細が記録されます。
1
PowerPlay EPE のスプレッドシート内の情報を変更する前に、PowerPlay EPE
ファイルを PowerPlay EPE スプレッドシートにインポートする必要があり
ます。また、ファイルをインポートした後、すべての情報を確認する必要
があります。
Quartus II ソフトウェアからファイルをインポートすると、Quartus II ソフトウェアで
指定された Main ワークシートのすべての値が入力されます。これらのパラメータに
は、以下が含まれます。
■
Family
■
Device
■
Package
■
Temperature grade
■
Power characteristics
■
Core voltage (V)
■
Ambient (TA) or junction (TJ) temperature (°C)
■
Heat sink
■
Airflow
■
Custom θSA or Custom θJA
■
Board thermal model
Ambient or junction temperature、Heat sink、Airflow、Custom θSA or Custom θJA、Board
thermal model はオプションのパラメータです。パラメータについて詳しくは、1 ペー
ジの「Main ワークシート」を参照してください。
PowerPlay EPE スプレッドシートにインポートされたクロック周波数値 (fMAX) は、
Quartus II ソフトウェアで指定された fMAX 値と同じです。それぞれのデザイン要件に
合わせて、PowerPlay EPE スプレッドシートの fMAX 値とトグル・パーセントを手動で
編集できます。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator の設定
消費電力の見積もり
2–5
FPGA デザイン完了後の消費電力の見積り
デザインが完成した場合、アルテラでは、Quartus II ソフトウェアの PowerPlay Power
Analyzer を使用することが推奨されています。PowerPlay Power Analyzer で、デバイス
の消費電力についての最も正確な見積りが提供されます。PowerPlay Power Analyzer で
は、配置配線情報の他に、シミュレーション、ユーザー・モード、およびデフォル
トのトグル・レート・アサインメントを使用して消費電力が決定されます。
f 消費電力の見積もり、PowerPlay Power Analyzer の使用方法、および Quartus II ソフト
ウェアによる PowerPlay EPE ファイルの生成について詳しくは、「Quartus II ハンド
ブック Volume 3」の PowerPlay Power Analysis の章を参照してください。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2–6
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator の設定
消費電力の見積もり
2011 年 5 月
Altera Corporation
3. PowerPlay Early Power Estimator
のワークシート
この章では、PowerPlay EPE スプレッドシートの各ワークシートに関する情報を提供
します。PowerPlay EPE スプレッドシートでは、アーキテクチャ機能に基づいて各
ワークシートに情報を入力することができます。また、各アーキテクチャ機能の消費
電力を小計し、各セクションにワット（W）で表示することもできます。各アーキテ
クチャ機能は、次のワークシートに記載されています。
■
1 ページの「Main ワークシート」
■
12 ページの「Logic ワークシート」
■
16 ページの「RAM ワークシート」
■
20 ページの「DSP ワークシート」
■
23 ページの「I/O ワークシート」
■
27 ページの「PLL ワークシート」
■
29 ページの「Clock ワークシート」
■
31 ページの「HSDI ワークシート」
■
33 ページの「XCVR ワークシート」
■
37 ページの「IP ワークシート」
■
39 ページの「Report ワークシート」
Main ワークシート
PowerPlay EPE スプレッドシートの Main ワークシートには、デザインの消費電力と電
流の見積りが要約されています。Main ワークシートには、全熱消費電力、熱解析、
および電源サイズ情報が表示されます。
図 3-1 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの Main ワークシートを示します。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Main ワークシート
3–2
図 3-1. PowerPlay EPE スプレッドシートの Main ワークシート
Thermal Analysis
information
Power Supply Sizing
information
Input Parameter information
Thermal Power
information
情報の精度は、入力した情報に依存します。また、消費電力は入力したトグル・レー
トによって大きく異なる場合もあります。次の項では、PowerPlay EPE スプレッド
シートの Main ワークシート内の各セクションについて説明します。
Input Parameter
必要なパラメータは、ジャンクション温度を手動で入力するか自動的に計算するか
によって異なります。
表 3-1 に、PowerPlay Early Power Estimator スプレッドシートの Input Paramerer セク
ションで入力する必要がある値を示します（ 図 3-1 を参照）
。
表 3-1. Input Parameter セクション情報 ( その１ )
入力パラメータ
Family
説明
デバイス・ファミリを選択します。
デバイスを選択します。
Device
デバイスが大きくなると、スタティック消費電力とクロックのダイナミック消費
電力が増加します。それ以外のコンポーネントの消費電力は使用されたデバイス
の影響を受けません。
使用するパッケージを選択します。
Package
パッケージが大きくなると、冷却面が大きくなり、プリント基板との接触点が増
加するため、熱抵抗が減少します。パッケージの選択は、ダイナミック消費電力
に影響しません。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Main ワークシート
3–3
表 3-1. Input Parameter セクション情報 ( その２ )
入力パラメータ
説明
適切な温度グレードを選択します。このフィールドは、許容された最大ジャンク
ション温度のみに影響を与えます。
Temperature Grade
サポートされる温度グレードはデバイス・ファミリごとに異なります。サポート
されている温度グレード、デバイスのジャンクション温度の推奨動作範囲につい
て詳しくは、各デバイス・ファミリのデータシートを参照してください。
標準的または理論上のワースト・ケース・シリコン・プロセスを選択します。
ダイ間でプロセスのばらつきがあります。これは主にスタティック消費電力に影
響を与えます。Typical 電力特性を選択すると、デバイスの平均測定値に沿った結
果になります。
Power Characteristic
VCCL Voltage (V)
Maximum 電力特性を選択すると、デバイスのワーストケース測定値に沿った結果
になります。電源デザインがスタティック消費電力に影響を与えるワースト・
ケースのプロセス変動に十分に対応できることを保証するためには、アルテラで
は、消費電力見積もりに対して Maximum 電力特性を使用することが推奨されて
います。
Stratix III デバイスの場合は、VCCL 電圧を選択してください 。スピード・グレード
-4L のデバイスに対しては、0.9 V または 1.1 V のいずれかです。その他のスピー
ド・グレードのデバイスでは、VCCL 電圧を 1.1 V に設定してください。
これは VCCL 電源から電力が供給されるリソースのスタティック消費電力およびダ
イナミック消費電力に影響します。
Junction Temp, TJ (°C)
デバイスのジャンクション温度を入力します。このフィールドは、User Entered TJ
オプションをオンにした場合にのみ使用できます。この場合、ジャンクション温
度は提供された熱情報に基づいて計算されません。
デバイス付近の大気温度を入力します。–40°C ∼ 125°C の値を使用できます。こ
のフィールドは、Auto Computed TJ オプションをオンにした場合にのみ使用でき
ます。
Ambient Temp, TA (°C)
Estimated Theta JA オプションをオンにした場合、このフィールドはトップ・サイ
ドの冷却ソリューション（ヒート・シンクありまたはなし）とボード（該当する
場合）における熱抵抗と消費電力に基づくジャンクション温度の計算に使用され
ます。
Custom Theta JA オプションをオンにした場合、このフィールドは消費電力と入力
されたカスタム θJA に基づくジャンクション温度の計算に使用されます。
使用するヒート・シンクを選択します。以下のいずれかを選択できます。
Heat Sink
■
ヒート・シンクなし (None)
■
カスタム・ソリューション (Custom)
■
セット・パラメータ付きのヒート・シンク (15 mm–Low Profile、23 mm–Medium
Profile、または 28 mm–High Profile)。このフィールドは、Auto Computed TJ オプ
ションおよび Estimated Theta JA オプションをオンにした場合にのみ使用できま
す。
None を選択した場合、ヒート・シンクを選択するとカスタム θSA の値が更新さ
れ、Custom θSA (°C/W) パラメータではこの値が表示されます。Custom を選択する
と、Custom θSA (°C/W) パラメータに入力した値が使用されます。
ヒート・シンクの代表的な例が提供されます。ヒート・シンクが大きいほど熱抵
抗が減少するため、ジャンクション温度は低下します。使用するヒート・シンク
がわかっている場合は、データシートを参照し、システム内の空気流量に応じ
て、カスタム θSA 値を入力します。
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Main ワークシート
3–4
表 3-1. Input Parameter セクション情報 ( その３ )
入力パラメータ
説明
得られる周囲空気流量を lfm（linear-feet per minute）または m/s（1 秒あたりの
メートル）単位で選択します。これらの値は 100 lfm (0.5 m/s)、200 lfm (1.0 m/s)、
400 lfm (2.0 m/s) または Still Air です。このフィールドは、Auto Computed TJ オプ
ションおよび Estimated Theta JA オプションをオンにした場合にのみ使用できま
す。
Airflow
空気流量が増加すると、ケースから大気までの熱抵抗が減少するため、ジャンク
ション温度は低下します。
デバイスと周囲大気間におけるジャンクションから周囲までの熱抵抗を入力しま
す（単位 C/W）。このフィールドは、Auto Computed TJ オプションおよび Custom
Theta JA オプションをオンにした場合にのみ使用できます。
Custom θJA (°C/W)
このフィールドは、消費電力が 1 ワット増加するごとの周囲温度とジャンクショ
ン温度間での増加量を表します。
カスタム・ヒート・シンクを選択する場合は、ヒート・シンクのデータ・シート
に記載されているヒート・シンクから周囲までの熱抵抗を入力します。データ・
シートから引用する値はシステムの空気流量によって異なり、また熱消費電力に
よっても異なる場合があります。このフィールドは、次のオプションのいずれか
をオンにした場合にのみ使用できます。
Custom θSA (°C/W)
■
Auto Computed TJ および Custom Theta JA オプション
■
Auto Computed TJ および Estimated Theta JA オプション、そして Heat Sink パラ
メータが Custom に設定されている場合
デバイスのトップを通過してジャンクションから周囲までの抵抗を算出するに
は、Custom θSA パラメータは、ケースからヒート・シンクまでの代表的な抵抗と、
アルテラが提供するジャンクションからケースまでの抵抗と組み合わせます。
熱解析で使用するボードの種類を選択します。これらの値は None (Conservative)、
Typical Board、または JEDEC (2s2p) です。このフィールドは、Auto Computed TJ オ
プションおよび Estimated Theta JA オプションをオンにした場合にのみ使用できま
す。
None (Conservative) を選択した場合、熱モデルはボードからの放熱がないものと
想定します。その結果、ジャンクション温度は悲観的に計算されます。
Typical Board を選択した場合、熱モデルは選択されたデバイスとパッケージに基
づく、標準的なカスタマ・ボード・スタックの特性を想定します。
Board Thermal Mode
JEDEC (2s2p) を選択すると、熱モデルは JESDEC51–9 規格で規定された JEDEC
2s2p テスト・ボードの特性を想定します。
最終的なジャンクション温度を決定するには、アルテラでは、ご使用のシステム
の詳細な熱シミュレーションを実行することを推奨しています。この 2 つの抵抗
熱モデルは初期見積りにのみ使用されるものです。
Thermal Power
熱消費電力とはデバイス内で放散される電力のことです。全熱消費電力は W 単位で
示され、デバイスで使用されるすべてのリソースの熱消費電力を合計したものです。
全熱消費電力には、待機時およびダイナミック消費電力の最大消費電力が含まれま
す。
1
全熱消費電力には、I/O セクションの熱コンポーネントのみが含まれ、外部における
リファレンス電圧終端抵抗などの熱消費電力は含まれません。
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Main ワークシート
3–5
図 3-2 に、全熱消費電力（単位 W）とデバイスのスタティック消費電力（PSTATIC）を
示します。バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、PSTATIC は、I/O スタ
ティック消費電力を含むすべての機能ブロックからのスタティック消費電力が含ま
れています。各ワークシートの熱消費電力が表示されます。ワークシートの熱消費
電力の計算方法を確認するには、選択されたワークシートを表示するボタンをク
リックします。
図 3-2. Main ワークシート内の Thermal Power セクション
表 3-2 に、図 3-2 に示す PowerPlay EPE スプレッドシート内の Thermal Power セク
ションの情報が記載されています。
表 3-2. Thermal Power セクションの情報
カラム・ヘッダ
( その１ )
説明
Logic
この値は ALM (adaptive logic module) および関連する配線でのダイナミック消費電力を
示します。詳細を表示するには、Logic ボタンをクリックします。
RAM
この値は、RAM ブロックおよび関連する配線でのダイナミック消費電力を示します。
詳細を表示するには、RAM ボタンをクリックします。
DSP
この値は、DSP（デジタル信号処理）ブロックと関連する配線でのダイナミック消費
電力を示します。詳細を表示するには、DSP ボタンをクリックします。
I/O
この値は、I/O ピンと関連する配線での熱消費電力を示します。この熱消費電力には、
チップ上の終端された I/O 規格のスタティック消費電力と I/O バンクでの待機時消費電
力が含まれます。詳細を表示するには、I/O ボタンをクリックします。
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3–6
表 3-2. Thermal Power セクションの情報
カラム・ヘッダ
( その２ )
説明
HSDI
この値は、高速差動 I/O に対応するシリアライザおよびデシリアライザ（SERDES）
ハードウェアでのダイナミック消費電力を示します。詳細を表示するには、HSDI ボタ
ンをクリックします。
PLL
この値は、PLL（phase-locked loops）でのダイナミック消費電力を示します。詳細を表
示するには、PLL ボタンをクリックします。
Clock
この値は、クロック・ネットワークでのダイナミック消費電力を示します。詳細を表
示するには、Clock ボタンをクリックします。
XCVR
PCS and HIP
これは、トランシーバ・ハードウェアでの熱消費電力を示します。この熱消費電力に
は、未使用トランシーバでの待機時消費電力が含まれます。
詳細を表示するには、XCVR ボタンをクリックします。この値が N/A の場合、そのトラ
ンシーバ・ブロックは選択したデバイスに使用することができません。
これは、ギガビット・トランシーバ・ブロックのトランスミッタ、レシーバ・チャネ
ルのフィジカル・コーディング・サブレイヤ (PCS)、およびトランシーバ・ハード
ウェアの PCI Express® (PCIe®) ハード IP ブロックでの熱消費電力を示します。この熱消
費電力には、未使用トランシーバでの待機時消費電力が含まれます。
詳細を表示するには、PCS and HIP ボタンをクリックします。この値が N/A の場合、そ
のトランシーバ・ブロックは選択したデバイスに使用することができません。
PSTATIC
これは、クロック周波数とは無関係なスタティック消費電力を示します。この消費電
力には終端された I/O 規格によるスタティック I/O 電流は含まれません。終端された
I/O 規格によるスタティック I/O 電流は、上記の I/O 消費電力に含まれます。
PSTATIC は、ジャンクション温度、選択されたデバイス、および電力特性の影響を受けま
す。
これはデバイスから熱として放散される全電力を示します。これにはオフチップ終端
抵抗での消費電力は含まれません。
TOTAL
デバイスの電源レールから引き出される電流については、「Power Supply Current」を
参照してください。これはオフチップ・コンポーネントに供給される電流のために異
なる可能性があり、その部分はデバイスで熱として消費されることはありません。
Power Supply Current
Power Supply Current(A) セクションには、すべての電源から引き出される電流の見積
りが示されます。図 3-3 に、電源電流の推定値の例を示します。
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Main ワークシート
3–7
図 3-3. Main ワークシート内の Power Supply Current セクション
1
ICCIO 値には、I/O を通してオフチップ終端抵抗に流れ込む電流がすべて含まれていま
す。そのため、ICCIO 値は、レポートされる I/O 熱消費電力より高くなる可能性があ
ります。このオフチップ電流はオフチップで熱として放散され、デバイス温度計算
では考慮されないためです。
1
場合によっては、レポートされた電源電流はユーザー・モードの電流要件より大き
い場合もあります。これは、一部の電源（デバイス・ファミリに応じて）のパワー
アップ時に必要とされる電流によるものです。アルテラは、Report ワークシートの
Power Supply Current (A) セクションに示された要件を満たすように電源を計画するこ
とを推奨しています。ここで、Min Current Requirement（最小電流要件）(A) および
User Mode Current Requirement（ユーザー・モード電流要件）(A) が表示されます。
f 電源レールは、デバイス・ファミリによって異なります。デバイスがサポートする
電源ピンおよび推奨動作範囲について詳しくは、各デバイス・ハンドブックの「デ
バイス・データシート」の章を参照してください。
Thermal Analysis
図 3-4 に、Main ワークシートの Thermal Analysis セクションを示します。このセク
ションには、ジャンクション温度 (TJ)、ジャンクションから周囲までの総熱抵抗
(θJA)、および最大許容周囲温度 (TA) の値が含まれています。ユーザーガイドにリスト
されていない熱パラメータ値の詳細については、Details ボタンをクリックしてくだ
さい。
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Main ワークシート
3–8
図 3-4. PowerPlay EPE スプレッドシートの Thermal Analysis セクション
表 3-3 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの Main ワークシート内の Thermal Analysis
セクションの情報が表示されます。
表 3-3. Thermal Analysis セクション情報
カラム・ヘッダ
説明
提供された熱パラメータに基づくデバイスのジャンクション温度の見積りを示し
ます。
Junction Temp, TJ (°C)
ジャンクション温度は、チップのトップとボード（選択されている場合）を通し
て全熱消費電力を放散することによって算出されます。計算の詳細については、
Details ボタンをクリックしてください
デバイスと周囲大気間におけるジャンクションから周囲までの熱抵抗を示します
（単位 °C/W）。
θJA Junction-Ambient
消費電力が 1 ワット増加するごとに周囲とジャンクション間での温度上昇を表し
ます。
Maximum Allowed TA (°C)
提供された冷却ソリューションとデバイス温度グレードに基づき、最大ジャンク
ション温度に違反しない範囲でデバイスが対応可能な最大周囲温度（単位℃）の
ガイドラインを示します。
ジャンクション温度を直接入力するか、または提供される情報に基づいてジャンク
ション温度を自動的に計算することができます。ジャンクション温度を入力するに
は、Input Parameters セクションで User Entered TJ を選択します。ジャンクション温
度を自動的に計算するには、Input Parameters セクションで Auto Computed TJ を選択
します。
ジャンクション温度（TJ）を自動的に計算する場合は、デバイスの周囲温度、空気流
量、ヒート・シンク・ソリューション、およびボードの熱モデルを考慮して、TJ（単
位 °C）を決定します。ジャンクション温度は、デバイス条件と熱条件に基づいて見
積られる動作時ジャンクション温度です。
デバイスは熱源と見なすことができ、ジャンクション温度はデバイスでの温度です。
デバイスの温度は計測箇所に関係なく一定であると単純化することができます。実
際には、温度はデバイスの各部で異なります。
異なる経路を通じてデバイスから電力が放散する可能性があります。システムの熱
特性に応じて、さまざまな経路が大量の電力を放散します。デバイスにヒート・シ
ンクを使用しているかどうかによって電力の放散経路の重要性が異なります。
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3–9
ヒート・シンクを使用していない場合
ヒート・シンクを使用していない場合、電力は主にデバイスから大気中に放散しま
す。これはジャンクションから周囲までの熱抵抗と呼ぶことができます。この場合、
ジャンクションから周囲までの熱抵抗経路には重要なものが 2 つあります。
■
デバイスからケースを通過して大気中に放散する経路
■
デバイスからボードを通過して大気中に放散する経路
図 3-5 に、ヒート・シンクがない場合の熱放散の様子を示します。
図 3-5. 熱の放散図（ヒート・シンクがない場合）
JA
Case
Device
Board
Thermal Representation without Heat Sink
PowerPlay EPE スプレッドシートで使用するモデルでは、電力はケースとボードを通
して放散されます。θJA の値は、ケースを通過する経路とボードを通過する経路を考
慮して、異なる空気流量オプションで計算されています。
図 3-6 に、ヒート・シンクがない場合の PowerPlay EPE スプレッドシートの熱モデル
を示します。
図 3-6. PowerPlay EPE スプレッドシートの熱モデル（ヒート・シンクがない場合）
T
J
Power (P)
JA
T
Heat
Source
A
周囲温度は変化しませんが、ジャンクション温度は熱特性によって変化します。そ
のため、ジャンクション温度の計算は繰り返し行われます。
全消費電力は、式 3–1 に示すように、θJA 、周囲温度、およびジャンクション温度に
基づいて計算されます。
式 3–1. 全消費電力
TJ – TA
P = ----------------θ JA
ヒート・シンクの使用
ヒート・シンクを使用する場合、電力は主に、デバイスからケース、サーマル・イ
ンタフェース材料、およびヒート・シンクを通して放散されます。また、ボードを
通過する経路もあります。ボードを通過する経路は、大気への経路に比べてほとんど
影響ありません。
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Main ワークシート
3–10
図 3-7 に、ヒート・シンクがある場合の熱放散図を示します。
図 3-7. 熱の放散図（ヒート・シンクがある場合）
SA
Heat Sink
Thermal interface material
Case
JC
CS
Device
Board
JA BOTTOM
Thermal Representation with Heat Sink
PowerPlay EPE スプレッドシートで使用するモデルでは、電力はボードを通して、ま
たはケースとヒート・シンクを通して放散させることができます。ジャンクション
からボードまでの熱抵抗（θJA BOTTOM）は、ボードを通過する経路の熱抵抗のことを
指します。ジャンクションから周囲までの熱抵抗（θJA TOP）は、ケース、サーマル・
インタフェース材料、およびヒート・シンクを通過する経路の熱抵抗のことを指し
ます。
図 3-8 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの熱モデルを示します。
図 3-8. PowerPlay EPE スプレッドシートの熱モデル（ヒート・シンクがある場合）
T
T
J
Power (P1)
J
Power (P2)
JC
JA BOTTOM
T
C
T
A
Heat Source
CS
T
S
SA
T
A
PowerPlay EPE スプレッドシートの熱モデルで、θJA BOTTOM を考慮する場合は、Board
Thermal Model を JEDEC (2s2p) または Typical Board に設定します。それ以外の場合は、
Board Thermal Model オプションを None (conservative) に設定します。この場合、ボー
ドを通過する経路は消費電力には考慮されず、より慎重な熱消費電力の見積りが得
られます。
θJA TOP は、ジャンクションからケースまでの熱抵抗（θJC）、ケースからヒート・シン
クまでの熱抵抗（θCS）、およびヒート・シンクから周囲までの熱抵抗（θSA）を加算
して算出されます ( 式 3–2)。
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Main ワークシート
3–11
式 3–2. 接合部から周囲空気までの熱抵抗
θ
JA TOP
=
θ θ θ
JC
+
CS
+
SA
Input Parameters セクションで選択したデバイス、パッケージ、空気流量、および
ヒート・シンク・ソリューションに基づいて、PowerPlay EPE スプレッドシートが
θJA TOP を算出します。
低背、中背、または高背タイプのヒート・シンクを使用する場合は、Still Air（無風）
または、100 lfm (0.5 m/s)、200 lfm (1.0 m/s)、および 400 lfm (2.0 m/s) の空気流量率の
値から空気流量を選択します。カスタム・ヒート・シンクを使用する場合は、カス
タム θSA の値を入力します。カスタム θSA の値に空気流量を考慮に入れる必要があり
ます。したがって、Airflow パラメータはこのケースでは適用できません。これらの
値についてはヒート・シンク・メーカに問い合わせてください。
周囲温度は変化しませんが、ジャンクション温度は熱特性によって変化します。ジャ
ンクション温度が変化すると、ジャンクション温度の計算に使用するデバイスの熱
特性に影響するため、ジャンクション温度の計算は繰り返し行われます。
全消費電力は、ページ 9 の式 3–1 に示すように、θJA、周囲温度、およびジャンク
ション温度に基づいて計算されます。
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PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Logic ワークシート
3–12
Logic ワークシート
PowerPlay EPE スプレッドシートの Logic ワークシートの各行は、個々のデザイン・
モジュールを表します。デザイン・モジュールごとに、以下のパラメータを入力して
ください。
■
組み合わせルック・アップ・テーブル（ALUT）数
■
フリップ・フロップ数
■
クロック周波数（単位 MHz）
■
レジスタの数
■
トグル・レート
■
平均ファンアウト
バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、省電力（W）についてはロジック
のワークシートに追加されます。39 ページの「各機能ブロックの省電力のレポート」
で示すように、より詳細な情報については、リンクは、EPE スプレッドシートのレ
ポートのワークシートに含まれています。
図 3-9 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの Logic ワークシートの例を示します。
図 3-9. PowerPlay EPE スプレッドシートの Logic ワークシート
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Logic ワークシート
3–13
表 3-4 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの Logic ワークシートの一般的な設定が
記載されています。
表 3-4. Logic ワークシートの一般的な設定
入力パラメータ
説明
High-Speed Tile Usage の設定を選択します。この値は、Typical Design、Typical highperformance design、または Atypical high-performance design のいずれかです。
High-Speed Tile Usage
■
Typical design は、タイミング・マージンが 10% 以上のデザインを表しています。
■
Typical high-performance design は、タイミング・マージンのない平均的なデザイ
ンを表しています。これらのデザインにはクリティカルに近いタイミング・パス
はほとんどありません。
■
Atypical high-performance design は、タイミング・マージンのない 90 パーセンタイ
ルのデザインを表しています。これらのデザインには多数のクリティカルに近い
タイミング・パスがあります。
これは主に、PowerPlay EPE スプレッドシートの Main ワークシートのスタティック消
費電力（PSTATIC）に影響します。また、PowerPlay EPE スプレッドシートの Logic ワー
クシートに入力したロジック・リソースのダイナミック消費電力にもある程度影響
します。
このオプションは、HardCopy III、HardCopy IV、Stratix III、Stratix IV、および Stratix V デバ
イス・ファミリでのみ使用できます。
表 3-5 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの Logic ワークシートで指定する必要が
ある値を示します。
表 3-5. Logic ワークシート情報 ( その１ )
カラム・ヘッダ
Module
説明
デザインの各モジュール名を指定します。
組み合わせルック・アップ・テーブル（ALUT）またはルック・アップ・テーブ
ル（LUT）の数を入力します。
この値は Quartus II Compilation Report Resource Usage Summary セクションの組み
合わせ ALUT の値になります。
#Combinational ALUTs/#LUTs
Arria II GX、HardCopy III、HardCopy IV、Stratix III、Stratix IV、および Stratix V デバイス
の各アダプティブ・ロジック・モジュール（ALM）には、最大 2 個の組み合わ
せ ALUT が含まれています。小型 ALUT は大型 ALUT よりも消費電力が少なくなり
ますが、デバイスの適合性は向上します。デザインの ALUT の合計数は、ALM 数
の 2 倍を超えてはなりません。
このモジュールのフリップ・フロップの数を入力します。
#FFs
この値は Quartus II Compilation Report の Resource Usage Summary セクションの
｢ Register ALUT ｣と｢ Dedicated logic registers ｣の合計になります。
クロックのルーティング消費電力は、PowerPlay EPE スプレッドシートの Clock
ワークシートで別に計算されます。
Clock Freq (MHz)
2011 年 5 月
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クロック周波数を入力します（単位 MHz）
。この値はデバイス・ファミリの最大
周波数仕様で制限されます。
100 MHz でトグルが 12.5% の場合、各 LUT またはフリップ・フロップ出力は 1
秒あたり 1,250 万回（100 × 12.5%）トグルします。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Logic ワークシート
3–14
表 3-5. Logic ワークシート情報 ( その２ )
カラム・ヘッダ
説明
各クロック・サイクルでのロジックの平均トグル・レートを入力します。トグ
ル・レートは 0 ∼ 100% です。一般に、トグル・レートは 12.5% で、これは 16
ビット・カウンタのトグル・レートです。トグル・レートを低く見積らないよ
う、これより高いトグル・レートを使用します。大部分のロジックは頻繁には
トグルしないため、50% 未満が現実的なトグル・レートです。
Toggle%
例えば、入力が VCC に接続された T フリップ・フロップ（TFF）は、クロック・
サイクルごとに出力のロジック状態を変化させるため、トグル・レートは 100%
です（図 3-10 を参照）。
LUT およびフリップ・フロップの出力によって供給されるブロックの平均数を
入力します。
Average Fanout
配線見積りによる消費電力（単位 W）を示します。
Thermal Power (W)–Routing
ルーティング消費電力は配置配線によって異なりますが、配置配線自体はデザ
インの複雑さに関係します。ここに示す値は、100 以上のデザインでの実験に基
づく、代表的なルーティング消費電力を表しています。
デザインで使用される配線に基づく詳細な解析には、Quartus II PowerPlay Power
Analyzer を使用します。
これは ALM の内部トグルに起因する消費電力（単位 W）を示します。
Thermal Power (W)–Block
ロジック・ブロック消費電力は、実装されている機能と各種入力の相対的なト
グル・レートに関係します。PowerPlay EPE スプレッドシートでは、100 以上の
実際のデザインで観測した動作に基づく見積りを使用します。
デザインの正確な合成に基づく正確な解析には、Quartus II PowerPlay Power
Analyzer を使用します。
Thermal Power (W)–Total
これは全消費電力（単位 W）を示します。全消費電力はルーティング消費電力
とブロック消費電力の合計です。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
図 3-10 に 4 ビット・カウンタの例を示します。
図 3-10. 4 ビット・カウンタの例
VCC
VCC
TFF
PRN
T
Q
clock
VCC
TFF
PRN
T
Q
CLRN
T
PRN
Q
cout3
cout2
CLRN
CLRN
cout0
OUTPUT
cout0
cout1
OUTPUT
cout1
cout2
OUTPUT
cout2
cout3
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
TFF
PRN
T
Q
cout1
cout0
CLRN
VCC
TFF
OUTPUT
cout3
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Logic ワークシート
3–15
LSB 出力 cout0 を持つ最初の TFF は、クロック・サイクルごとに信号がトグルする
ため、トグル・レートは 100% です。また、出力 cout1 を持つ 2 番目の TFF は、2 ク
ロック・サイクルおきにのみ信号がトグルするため、トグル・レートは 50% です。
その結果、出力 cout2 を持つ 3 番目の TFF、出力 cout3 を持つ 4 番目の TFF のトグ
ル・レートは、それぞれ 25% と 12.5% です。したがって、この 4 ビット・カウンタ
の平均トグル・レートは、(100 + 5 + 25 + 12.5)/4 = 46.875% です。
f サポートされるデバイス・ファミリのロジック・ブロックのコンフィギュレーショ
ンについて詳しくは、該当するデバイス・ハンドブックの「ロジック・アレイ・ブ
ロックおよびアダプティブ・ロジック・モジュール」の章を参照してください。
2011 年 5 月
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PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
RAM ワークシート
3–16
RAM ワークシート
PowerPlay EPE スプレッドシートの RAM ワークシートの各行は、RAM ブロックのタ
イプ、データ幅、RAM の深さ（該当する場合）、RAM モード、およびポート・パラ
メータが同じデザイン・モジュールを表します。デザインの RAM ブロックの一部ま
たはすべてのコンフィギュレーションが異なる場合は、それぞれの行に情報を入力
します。各デザイン・モジュールに、実装する RAM のタイプ、RAM ブロック数、お
よび RAM ブロック・モードを入力します。
また、PowerPlay EPE スプレッドシートの RAM ワークシートの各行は、物理的に複数
の RAM ブロック上に実装可能な論理 RAM モジュールを表しています。PowerPlay
EPE スプレッドシートは、入力された論理インスタンスの幅と深さに基づいて、可
能な限り最も電力効率に優れた方法で、最少の物理 RAM ブロックを用いて各論理
RAM モジュールを実装します。
1
RAM ブロック・モードを選択するには、Quartus II コンパイラで RAM を実装する方法を
設計者は知っている必要があります。例えば、ROM が 2 ポートで実装される場合、
トゥルー・デュアル・ポート・メモリと見なされ、ROM とは見なされません。シン
グル・ポート実装と ROM 実装では、ポート A のみが使用されます。シンプル・デュ
アル・ポート実装とトゥルー・ポート実装では、ポート A とポート B が使用されま
す。
バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、省電力（W）については RAM ワー
クシートに追加されます。39 ページの「各機能ブロックの省電力のレポート」で示
すように、より詳細な情報については、リンクは、EPE スプレッドシートのレポー
トのワークシートに含まれています。
図 3-11 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの RAM ワークシートを示します。
図 3-11. PowerPlay EPE スプレッドシートの RAM ワークシート
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
RAM ワークシート
3–17
表 3-6 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの RAM ワークシートで指定する必要があ
る値を示します。
表 3-6. RAM ワークシート情報 ( その１ )
カラム・ヘッダ
Module
説明
このカラムには RAM モジュール名を入力します。これはオプションです。
実装される RAM タイプを選択します。
RAM Type
RAM タイプは、Quartus II Compilation Report の Type カラムで確認できます。
Compilation Report で、Fitter を選択し、Resource Section をクリックします。
RAM Summary をクリックします。
同じタイプおよびモードを使用し、各ポートに対して同じパラメータを持つモ
ジュール内の RAM ブロック数を入力します。各ポートのパラメータは、以下の
とおりです。
#RAM Blocks
■
クロック周波数（単位 MHz）
■
RAM がイネーブルされる時間の割合
■
ポートの読み出しに対する書き込み時間の割合
RAM ブロック数は、Quartus II Compilation Report の MLAB カラム、M9K カラム、
または M144K カラムのいずれかで確認できます。Compilation Report で、Fitter を
選択し、Resource Section をクリックします。RAM Summary をクリックします。
Data Width
RAM ブロックのデータ幅を入力します。この値には、RAM タイプごとに制限さ
れています。RAM ブロックの幅は、Quartus II Compilation Report の Port A Width ま
たは Port B Width カラムで確認できます。Compilation Report で、Fitter を選択し、
Resource Section をクリックします。RAM Summary をクリックします。
ポート A とポート B でデータ幅が異なる RAM ブロックの場合、大きい方のデー
タ幅を使用します。
RAM ブロックの深さを入力します。
RAM Depth
RAM ブロックの深さは、Quartus II Compilation Report の Port A Depth または Port B
Depth カラムで確認できます。Compilation Report で、Fitter を選択し、Resource
Section をクリックします。RAM Summary をクリックします。
以下のモードから選択します。
RAM Mode
■
Single-Port
■
Simple Dual-Port
■
True Dual-Port
■
ROM
モードは、Quartus II コンパイラでの RAM の実装方法に基づきます。メモリ・モ
ジュールの実装方法が不明な場合は、アルテラでは Quartus II ソフトウェアによ
り必要なコンフィギュレーションを使用してテスト・ケースをコンパイルする
ことを推奨しています。RAM モードは、Quartus II Compilation Report の Mode カラ
ムで確認できます。Compilation Report で、Fitter を選択し、Resource Section をク
リックします。RAM Summary をクリックします。
シングル・ポート RAM には、リード / ライトのコントロール信号を持つポート
が 1 つあります。トゥルー・デュアル・ポート RAM にはポートが 2 つあり、各
ポートにリード / ライトのコントロール信号があります。ROM は読み出し専用の
シングル・ポート RAM です。
Port A–Clock Freq (MHz)
2011 年 5 月
Altera Corporation
RAM ブロックのポート A のクロック周波数を MHz 単位で入力します。この値は
RAM のタイプとデバイス・ファミリの最大周波数仕様で制限されます。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
RAM ワークシート
3–18
表 3-6. RAM ワークシート情報 ( その２ )
カラム・ヘッダ
Port A–Enable %
Port A–Write %
説明
RAM データおよびアドレス入力でのアクティビティに関係なく、ポート A の入
力クロック・イネーブルがアクティブな時間の平均割合を入力します。イネーブ
ルになる時間の割合は 0 ∼ 100% です。デフォルト値は 25% です。
RAM の電力は、主にクロック・イベントの発生時に消費されます。リードまた
はライト動作が発生しない場合は、クロック・イネーブル信号を使用してポー
トをディセーブルすると、消費電力を大幅に節約できます。
RAM ブロックのポート A がライト・モードになる時間とリード・モードになる
時間の平均割合を入力します。シンプル・デュアル・ポート（1R/1W）RAM の場
合、書き込みを実行していないとき、ライト・ポート（A）は非アクティブで
す。シングル・ポートおよびデュアル・ポート RAM の場合、ポート A は書き込
まれていないときには読み出しを実行します。このフィールドは、RAM が ROM
モードの場合は無視されます。
この値は 0 ∼ 100% でなければなりません。デフォルト値は 50% です。
Port B–Clock Freq (MHz)
Port B–Enable %
RAM ブロックのポート B のクロック周波数を MHz 単位で入力します。この値は
RAM のタイプとデバイス・ファミリの最大周波数仕様で制限されます。ポート B
は、RAM ブロックが ROM モードまたはシングル・ポート・モードの場合、また
は選択した RAM が MLAB の場合は無視されます。
RAM データおよびアドレス入力でのアクティビティに関係なく、ポート B の入
力クロック・イネーブルがアクティブな時間の平均割合を入力します。イネーブ
ルになる時間の割合は 0 ∼ 100% です。デフォルト値は 25% です。ポート B は、
RAM ブロックが ROM モードまたはシングル・ポート・モードの場合、または選
択した RAM が MLAB の場合は無視されます。
RAM の電力は、主にクロック・イベントの発生時に消費されます。リードまた
はライト動作が発生しない場合は、クロック・イネーブル信号を使用してポー
トをディセーブルすると、消費電力を大幅に節約できます。
Port B–R/W
トゥルー・デュアル・ポート・モードの RAM ブロックの場合、RAM ブロックの
ポート B がライト・モードになる時間とリード・モードになる時間の平均割合
を入力します。シンプル・デュアル・ポート・モードの RAM ブロックの場合、
RAM ブロックのポート B の読み出し時間の割合を入力します。シンプル・デュ
アル・ポート・モードでは、ポート B に書き込むことはできません。ポート B
は、RAM ブロックが ROM モードまたはシングル・ポート・モードの場合、また
は選択した RAM が MLAB の場合は無視されます。
この値は 0 ∼ 100% でなければなりません。デフォルト値は 50% です。
Toggle%
クロック・サイクルごとに各ブロックの出力信号が値を変化させる頻度を表す
平均割合は、クロック周波数とイネーブルの割合で乗算され、1 秒あたりの遷移
数が算出されます。これはルーティング消費電力にのみ影響します。
50% はランダムに変化する信号に相当します。ランダム信号は半分の時間のみ
状態を変化させます。
MLAB を正しく機能させるために必要なフリップ・フロップの数を表示します。
RAM ワークシートの MLAB の消費電力には、フリップ・フロップの消費電力は
含まれません。
Suggested FF Usage
デバイス・リソースを手動で入力する場合、同じクロック周波数を使用する
Logic ワークシートに推奨されるフリップ・フロップの数を追加します。
PowerPlay EPE ファイルからデバイス・リソースをインポートしている場合は、
何もする必要はありません。
このフィールドは、選択した RAM タイプが MLAB の場合にのみ有効です。
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
RAM ワークシート
3–19
表 3-6. RAM ワークシート情報 ( その３ )
カラム・ヘッダ
Valid Width/Mode
説明
このチェックは、入力したデータ幅または RAM モードが選択した RAM タイプ
に対応していない場合は不合格になります。各 RAM タイプに使用可能なデータ
幅の範囲については、Data Width（データ幅カラム）の説明を参照してくださ
い。
配線見積りによる消費電力（単位 W）を示します。
Thermal Power (W)–Routing
ルーティング消費電力は配置配線によって異なりますが、配置配線自体はデザ
インの複雑さに関係します。ここに示す値は、100 以上のデザインでの実験に基
づく、代表的なルーティング消費電力を表しています。
デザインで使用される配線に基づく詳細な解析には、Quartus II PowerPlay Power
Analyzer を使用します。この値は自動的に計算されます。
これは RAM の内部トグルに起因する消費電力（単位 W）を示します。
Thermal Power (W)–Block
デザインの正確な RAM モードに基づく正確な解析には、Quartus II PowerPlay
Power Analyzer を使用します。この値は自動的に計算されます。
Thermal Power (W)–Total
これは指定された入力に基づいて、消費電力の見積りを W 単位で示します。こ
れは RAM ブロックの全消費電力で、ルーティング消費電力とブロック消費電力
の合計と同じです。この値は自動的に計算されます。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
f サポートされるデバイス・ファミリのロジック・ブロックのコンフィギュレーショ
ンについて詳しくは、該当するデバイス・ハンドブックの「メモリ・ブロック」の
章を参照してください。
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PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
DSP ワークシート
3–20
DSP ワークシート
DSP セクションの各行は、DSP デザイン・モジュールを表します。モジュールのす
べてのインスタンスで、コンフィギュレーション、クロック周波数、トグル・レー
ト、およびレジスタ使用率は同じ行では同一です。一部（または、すべて）の DSP
またはマルチプライヤ・インスタンスでコンフィギュレーションが異なる場合は、
別の行に情報を入力する必要があります。DSP またはマルチプライヤ・モジュールご
とに、以下の情報を指定します。
■
コンフィギュレーション
■
インスタンスの数
■
クロック周波数（単位 MHz）
■
データ出力のトグル・レート
■
入力と出力がラッチされるかどうか
■
モジュールがパイプライン化されるかどうか
バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、省電力（W）については DSP ワー
クシートに追加されます。39 ページの「各機能ブロックの省電力のレポート」で示
すように、より詳細な情報については、リンクは、EPE スプレッドシートのレポー
トのワークシートに含まれています。図 3-12 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの
DSP ワークシートを示します。
図 3-12. PowerPlay EPE スプレッドシートの DSP ワークシート
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
DSP ワークシート
3–21
表 3-7 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの DSP ワークシートで指定する必要がある
値を示します。
表 3-7. DSP ワークシート情報 ( その１ )
カラム・ヘッダ
説明
Module
このカラムには DSP モジュール名を入力します。これはオプションです。
Configuration
モジュールの DSP ブロック・コンフィギュレーションを選択します。
コンフィギュレーション、クロック周波数、トグル・レート、およびレジスタ使
用率が同じ DSP ブロックのインスタンス数を入力します。この値は使用している
専用 DSP ブロックの数とは無関係です。
例えば、4 つのシンプルな 9×9 マルチプライヤを FPGA デバイス内の同じ DSP ブ
ロックに実装することができます。この場合、インスタンス数は 4 です。
任意のモードでデバイスに適合できるインスタンスの最大数を確認するには、次
の手順を実行します。
# of Instances
1. 該当するデバイス・ハンドブックの「DSP ブロック」、「可変精度 DSP ブロッ
ク」、または「エンベデッド・マルチプライヤ」の章を開きます。
2. DSP ブロックの数」の表では、特定の動作モードでデバイスで利用可能な最大
DSP ブロック数を取ります。
3. その最大数を、「DSP ブロックの動作モード」表からの特定の動作モードの
「Mult 数」で除算します。
4. 得られた結果は、PowerPlay EPE スプレッドシート内の「インスタンスの数」
に使用されます。
Clock Freq (MHz)
Toggle %
モジュールのクロック周波数を MHz の単位で入力します。この値はデバイス・
ファミリの最大周波数仕様で制限されます。
各クロック・サイクルでの DSP データ出力の平均トグル・レートを入力します。
トグル・レートは 0 ∼ 50% です。デフォルト値は 12.5% です。消費電力をより慎
重に見積る場合は、これより高いトグル・レートを使用します。
また、50% はランダムに変化する信号に相当します（信号が半分の時間で 0 ∼ 0
または 1 ∼ 1 に変化するため）。これは DSP ブロックで最も重要なトグル・レー
トと見なされます。
Reg Inputs?
専用入力レジスタを使用して、専用 DSP ブロックまたはマルチプライヤ・ブロッ
クへの入力をラッチするかどうかを選択します。DSP またはマルチプライヤ・ブ
ロックの専用入力レジスタを使用している場合は、Yes を選択します。入力が
ラッチされない場合、または ALM または LUT（ルック・アップ・テーブル）のレ
ジスタを使用してラッチされる場合は、No を選択します。
Reg Outputs?
専用入力レジスタを使用して、専用 DSP ブロックまたはマルチプライヤ・ブロッ
クの出力をラッチするかどうかを選択します。DSP またはマルチプライヤ・ブ
ロックの専用出力レジスタを使用している場合は、Yes を選択します。入力が
ラッチされない場合、または ALM または LUT のレジスタを使用してラッチされ
る場合は、No を選択します。
Pipe–lined?
専用 DSP ブロックをパイプライン化するかどうかを選択します。
配線見積りによる消費電力（単位 W）を示します。
Thermal Power (W)–Routing ルーティング消費電力は配置配線によって異なりますが、配置配線自体はデザイ
ンの複雑さに関係します。ここに示す値は、100 以上のデザインでの実験に基づ
く、代表的なルーティング消費電力を表しています。
Thermal Power (W)–Block
2011 年 5 月
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これは、DSP ブロックによる消費電力（単位 W）の見積りを示します。この値は
自動的に計算されます。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
DSP ワークシート
3–22
表 3-7. DSP ワークシート情報 ( その２ )
カラム・ヘッダ
説明
Thermal Power (W)–Total
これは指定された入力に基づいて、消費電力（単位 W）の見積りを示します。こ
れは DSP ブロックの全消費電力で、ルーティング消費電力およびブロック消費電
力の和です。この値は自動的に計算されます。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
f サポートされるデバイス・ファミリの DSP ブロックのコンフィギュレーションについ
て詳しくは、「DSP ブロック」、「可変精度 DSP ブロック」、または「エンベデッド・
マルチプライヤ」の章を参照してください。
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
I/O ワークシート
3–23
I/O ワークシート
I/O セクションの各行は、I/O ピンの I/O 規格、入力終端、電流強度、または出力終
端、データ・レート、クロック周波数、出力イネーブルのスタティック、および容
量性負荷が同じデザイン・モジュールを表します。デザイン・モジュールごとに、以
下のパラメータを入力します。
■
I/O 規格
■
入力終端
■
電流強度 / 出力終端
■
スルーレート
■
差動出力電圧（VOD）の設定
■
入力、出力、および双方向ピンの数
■
I/O データ・レート
■
クロック周波数（fMAX）（単位 MHz）
■
ピンの平均トグル・レート
■
出力イネーブルのスタティック確率
■
負荷の容量
バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、省電力（W）については I/O ワー
クシートに追加されます。39 ページの「各機能ブロックの省電力のレポート」で示
すように、より詳細な情報については、リンクは、EPE スプレッドシートのレポー
トのワークシートに含まれています。
図 3-13 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの I/O ワークシートを示します。
図 3-13. PowerPlay EPE スプレッドシートの I/O セクション
2011 年 5 月
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PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
I/O ワークシート
3–24
1
PowerPlay EPE スプレッドシートを使用する際、終端抵抗を推奨する I/O 規格（SSTL、
HSTL「高速トランシーバ・ロジック」）でデザインを設計する場合に、外部終端抵抗
を使用することが想定されています。デザインで外部終端抵抗を使用しない場合は、
終端された I/O 規格と同じ VCCIO と電流強度を持つ LVTTL/LVCMOS I/O 規格を選択しま
す。例えば、16 mA の電流強度を有する SSTL-2 Class II I/O 規格を使用する場合、
PowerPlay EPE スプレッドシートで、I/O 規格に 2.5 V を選択し、電流強度に 16 mA を
選択する必要があります。
1
チップ内終端（OCT：On-Chip Termination）を使用するには、EPE スプレッドシートで
Current Strength/Output を選択します。
I/O 信号の消費電力として示される値には、熱および外部 I/O 消費電力が含まれてい
ます。全熱電力は各電源レールのデバイスでの熱消費電力を合計したものです
（式 3–3 を参照）。
式 3–3.
thermal power = thermal PVCC + thermal PPD + thermal PIO
図 3-14 に、
I/O 消費電力を示します。ICCIO 電源レールには、熱 PIO と外部 PIO の両方が含
まれています。
図 3-14. I/O 消費電力の図
VCC
VCCPD
ICC
VCCIO
ICCPD
ICCIO
Stratix III Device
Thermal PVCC
Thermal PPD
Thermal PIO
External PIO
VREF ピンはわずかな電流（通常 10 μA 未満）しか消費しないので、汎用 I/O ピンの消
費電力と比較した場合は無視できます。したがって、PowerPlay EPE スプレッドシー
トの計算には、VREF ピンの電流は含まれていません。
表 3-8 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの I/O ワークシートの I/O 電源レール情報
を示します。
表 3-8. I/O 電源レール情報
カラム・ヘッダ
Power Rails
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
説明
I/O ピンの電源レール。
2011 年 5 月
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
I/O ワークシート
3–25
表 3-8. I/O 電源レール情報
カラム・ヘッダ
説明
Voltage (V)
指定された電源レールに印加される電圧（V）。
Current (A)
指定された電源レールから引き出される電流（A）。
表 3-9 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの I/O ワークシートで指定する必要があ
る値を示します。
表 3-9. I/O モジュール情報
カラム・ヘッダ
Module
( その１ )
説明
このカラムにモジュール名を入力します。これはオプションです。
このモジュールの入力ピン、出力ピン、または双方向ピンに使用する I/O 規格を
ドロップダウン・リストから選択します。
I/O Standard
計算される I/O 消費電力は、I/O 規格によって異なります。終端を推奨する I/O 規
格（SSTL および HSTL）の場合、PowerPlay EPE スプレッドシートでは、外部終端
抵抗が使用されることを仮定しています。外部終端抵抗を使用しない場合は、終
端された I/O 規格と同じ電圧および電流強度の LVTTL/LVCMOS I/O 規格を選択しま
す。
ドロップ・ダウン・リストの I/O 規格をすべて確認するには、スクロール・バー
を使用します。
Input Termination
Current Strength/ Output
Termination
このモジュールの入力ピンおよび双方向ピン用として実装する入力終端 ( 並列
On-Chip Termination [RT OCT] または差動 On-Chip Termination [RD OCT]) の設定を選択
します。
このモジュールの出力ピンおよび双方向ピン用として実装する電流強度または出
力終端 ( 直列 On-Chip Termination [R S OCT]）を選択します。
電流強度と出力終端の両方を同時に使用することはできません。
Slew Rate
このモジュールの出力ピンおよび双方向ピン用のスルーレート設定を選択しま
す。低いスルーレート設定は、スイッチング・ノイズの低減に役立ちますが、遅
延を増やすことがあります。
VOD Setting
このモジュールの出力ピンおよび双方向ピン用の VOD を選択します。低い電圧の
使用は、ダイナミック消費電力を低減するのに役立ちます。
#Input Pins
このモジュールで使用する入力ピン数を入力します。1 つの差動ピン・ペアで 1
本のピンと見なします。
#Output Pins
このモジュールで使用する出力ピン数を入力します。1 つの差動ピン・ペアで 1
本のピンと見なします。
このモジュールで使用する双方向ピン数を入力します。出力イネーブル信号がイ
ネーブルされる場合、I/O ピンは出力として扱われます。出力イネーブル信号が
ディセーブルされる場合、I/O ピンは入力として扱われます。
#Bidir Pins
双方向としてコンフィギュレーションされた I/O を出力にのみ使用する場合は、
出力バッファがトグルするたびに入力バッファもトグルするため（両方が同じピ
ンを共有する）、出力専用としてコンフィギュレーションされた I/O よりも消費電
力が大きくなります。
I/O データ・レートとして、SDR または DDR を選択します。
Data Rate
2011 年 5 月
Altera Corporation
これは I/O 値が 1 サイクルごとに 1 回（SDR：Single Data Rate）更新されるか、2
回（DDR：Double Data Rate）更新されるかを示します。ピンのデータ・レートが
DDR の場合、データ・レートを SDR に設定して、トグル・レートを 2 倍にするこ
とができます。Quartus II ソフトウェアでは、この方法を使用して情報を出力しま
す。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
I/O ワークシート
3–26
表 3-9. I/O モジュール情報
( その２ )
カラム・ヘッダ
説明
クロック周波数を入力します（単位 MHz）。この値はデバイス・ファミリの最大周
波数仕様で制限されます。
Clock Freq (MHz)
100 MHz で、トグル・レートが 12.5% の場合、各 I/O ピンは 1 秒あたり 1,250 万回
トグルします。
（100 × 12.5％）。
各クロック・サイクルにおける入力ピン、出力ピン、および双方向ピンの平均ト
グル・レートを入力します。クロックは周波数の 2 倍でトグルするため、入力ピ
ンがクロックとして使用される場合のトグル・レートは 0 ∼ 200% です。
Toggle %
ピンで DDR 回路を使用する場合は、データ・レートを SDR に設定して、トグル・
レートを 2 倍にすることができます。Quartus II ソフトウェアでは、この方法を使
用して情報を出力します。一般に、トグル・レートは 12.5% です。より慎重にす
る場合は、これより高いトグル・レートを使用します。
以下の平均時間の割合を入力します。
■
出力 I/O ピンがイネーブルされる時間
■
双方向 I/O ピンが出力になりイネーブルされる時間
残りの時間では、以下のことが行われます。
OE %
■
出力 I/O ピンがトライステートになります。
■
双方向 I/O ピンが入力になります。
この値は 0 ∼ 100% でなければなりません。
チップ外部のピンの負荷を入力します（単位 pF）。
これは出力ピンと双方向ピンのみが対象となります。ピンおよびパッケージの
キャパシタンスは、すでに I/O モデルに含まれています。したがって、オフチッ
プ・キャパシタンスのみを Load パラメータに含めます。
Load (pF)
配線見積りによる消費電力（単位 W）を示します。
ルーティング消費電力は配置配線によって異なりますが、配置配線自体はデザイ
Thermal Power (W)–Routing ンの複雑さに関係します。ここに示す値は、100 以上のデザインでの実験に基づ
く、代表的なルーティング消費電力を表しています。
デザインで使用される配線に基づく詳細な解析には、Quartus II PowerPlay Power
Analyzer を使用します。この値は自動的に計算されます。
I/O の内部および負荷トグルに起因する消費電力を示します（単位 W）
。
Thermal Power (W)–Block
デザインの正確な I/O コンフィギュレーションに基づく精度の高い解析には、
Quartus II PowerPlay Power Analyzer を使用します。この値は自動的に計算されます。
Thermal Power (W)–Total
これは全消費電力（単位 W）を示します。全消費電力はルーティング消費電力と
ブロック消費電力の合計です。この値は自動的に計算されます。
Supply Current (A)–ICC
これは、VCC 電源レールから引き出される電流を示し、内部デジタル回路に電力を
供給します。この値は自動的に計算されます。
Supply Current (A)–ICCPD
これは、VCCPD 電源レールから引き出される電流を示し、プリドライブ回路に電力
を供給します。この値は自動的に計算されます。
Supply Current (A)–ICCIO
これは VCCIO 電源レールから引き出される電流を示します。この電流の一部は、オ
フチップ終端抵抗に流れ込む場合があります。この値は自動的に計算されます。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
f サポートされるデバイス・ファミリの I/O 規格終端方法について詳しくは、該当する
デバイス・ハンドブックの「I/O 機能」の章を参照してください。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
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PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
PLL ワークシート
3–27
PLL ワークシート
アルテラの FPGA デバイスは、一般的な使用のための PLL を備えています。専用のト
ランスミッタまたはレシーバを使用している場合、LVDS PLL を使用してシリアルま
たはデシリアル変換を実行するには、PLL ワークシートで LVDS PLL を指定し、消費
電力情報を入力します。
1
PLL がソース・シンクロナス SERDES ハードウェアをドライブする場合は、LVDS PLL
と呼ばれます。LVDS PLL は、LVDS クロック・ツリーおよびダイナミック・フェー
ズ・アラインメント（DPA）バスを電圧制御発振器（VCO）周波数でドライブしま
す。LVDS PLL で LVDS ハードウェアのみをドライブする場合は、適切な VCO 周波数を
入力し、出力周波数を 0 MHz で指定します。また、LVDS PLL でピンまたはコアにク
ロックをドライブする場合、出力周波数としてそのクロック周波数を指定します。
PowerPlay EPE スプレッドシートの PLL ワークシートの各行には、デバイスの 1 個以
上の PLL が示されます。PLL ごとに最大出力周波数と VCO 周波数を入力します。ま
た、各 PLL が LVDS、左 / 右またはトップ / ボトムのいずれの PLL であるかについて
も指定します。
バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、省電力（W）については PLL ワー
クシートに追加されます。39 ページの「各機能ブロックの省電力のレポート」で示
すように、より詳細な情報については、リンクは、EPE スプレッドシートのレポー
トのワークシートに含まれています。
図 3-15 に、PowerPlay EPE スプレッドシートを示します。
図 3-15. PowerPlay EPE の PLL セクション
表 3-10 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの PLL ワークシートで指定する必要があ
る値を示します。
2011 年 5 月
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PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
PLL ワークシート
3–28
表 3-10. PLL セクション情報
カラム・ヘッダ
説明
Module
このカラムには、PLL 名を入力します。これはオプションです。
PLL Type
PLL が Left/Right、Top/Bottom、または LVDS のいずれの PLL であるか選択します。
# PLL Blocks
同じ特定の出力周波数と VCO 周波数の組み合わせを持つ PLL ブロック数を入力し
ます。
# DPA Buses
使用している DPA の数を入力します。DPA は、LVDS PLL にのみ使用できます。
Output Freq (MHz)
PLL の最大出力周波数（fMAX）を入力します（単位 MHz）。最大出力周波数は、
Quartus II Compilation Report の Output Frequency カラムに表示されます。Compilation
Report で、Fitter を選択し、Resource Section をクリックします。PLL Usage を選択
し、Output Frequency をクリックします。
PLL から複数のクロック出力がある場合は、リストされている最大出力周波数を選
択します。出力周波数は、SERDES の一部として使用される LVDS PLL の VCO 周波
数と同じです。
VCO Freq (MHz)
VCO の周波数を MHz 単位で入力します。VCO 周波数は、Quartus II Compilation Report
の Nominal VCO frequency 行に示されます。Compilation Report で、Fitter を選択し、
Resource Section をクリックします。PLL Summary を選択し、Nominal VCO frequency
をクリックします。
Total Power (W)
入力した最大出力周波数と VCO 周波数に基づいて、VCCA と VCCD を組み合わせた消
費電力の見積りを示します（単位 W）
。この値は自動的に計算されます。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
f サポートされるデバイス・ファミリの I/O 規格終端方法について詳しくは、該当する
デバイス・ハンドブックの「クロック・ネットワークおよび PLL」の章を参照して
ください。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Clock ワークシート
3–29
Clock ワークシート
アルテラの FPGA デバイスは、グローバル、リージョナルまたはペリフェラル・ク
ロック・ネットワークをサポートしています。両者の消費電力の差は大きくないた
め、PowerPlay EPE スプレッドシートではグローバル・クロックとリージョナル・
ネットワークを区別しません。
PowerPlay EPE スプレッドシートの Clock ワークシートの各行には、クロック・ネッ
トワークまたは個別のクロック・ドメインが示されます。デザイン・モジュールごと
に、以下のパラメータを入力します。
■
クロック周波数（単位 MHz）
■
使用される各クロック・ネットワークの合計ファンアウト
■
グローバル・クロック・イネーブルの割合
■
ローカル・クロック・イネーブルの割合
バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、省電力（W）についてはクロッ
ク・ワークシートに追加されます。39 ページの「各機能ブロックの省電力のレポー
ト」で示すように、より詳細な情報については、リンクは、EPE スプレッドシート
のレポートのワークシートに含まれています。
図 3-16 に、PowerPlay EPE スプレッドシートを示します。
図 3-16. PowerPlay EPE スプレッドシートの Clock セクション
表 3-11 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの Clock ワークシートで指定する必要が
ある値を示します。
表 3-11. Clock セクション情報 ( その１ )
カラム・ヘッダ
説明
Domain
このカラムにはクロック・ネットワーク名を入力します。これはオプションです。
Clock Freq (MHz)
クロック・ドメインの周波数を入力します。この値はデバイス・ファミリの最大周波
数仕様で制限されます。
Total Fanout
このクロックが供給されるフリップ・フロップおよび RAM ブロック、DSP ブロック、
および I/O ブロックの総数を入力します。各グローバル・クロック信号およびリージョ
ナル・クロックによってドライブされるリソースの数は、Quartus II Compilation Report
の Fan-out カラムに示されます。Compilation Report で、Fitter を選択し、Resources
Section をクリックします。Global & Other Fast Signals を選択し、Fan-out をクリックし
ます。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Clock ワークシート
3–30
表 3-11. Clock セクション情報 ( その２ )
カラム・ヘッダ
Global Enable %
説明
クロック・ツリー全体がイネーブルされる時間の平均割合を入力します。各グローバ
ル・クロック・バッファには、クロック・ツリー全体をダイナミックにシャットダウ
ンするのに使用できるイネーブル信号があります。
クロック・イネーブルがデスティネーション・フリップ・フロップに対して High にな
る時間の平均割合を入力します。
Local Enable %
ALM のフリップ・フロップに対するローカル・クロック・イネーブルは、LAB ワイド
の信号になります。いずれかのフリップ・フロップがディセーブルされると、LAB ワ
イドのクロックがディセーブルされ、ダウンストリーム・ロジックの消費電力および
クロックの消費電力も削減されます。このワークシートでは、クロック・ツリーの消
費電力に与える影響のみモデル化します。
Total Power (W)
これはクロック分配に起因する全消費電力です（単位 W）
。この値は自動的に計算され
ます。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
f サポートされるデバイス・ファミリの I/O 規格終端方法について詳しくは、該当する
デバイス・ハンドブックの「クロック・ネットワークおよび PLL」の章を参照して
ください。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
HSDI ワークシート
3–31
HSDI ワークシート
サポートされるデバイス・ファミリ（ページ 2 の表 1-3 を参照 ）は、高速差動 I/O
規格とインタフェース可能な専用回路を備えています。専用のトランスミッタおよ
びトランシーバは、それぞれシリアライザ・ブロックおよびデシリアライザ・ブ
ロックを備えています。PowerPlay EPE スプレッドシートの HSDI ワークシートは、レ
シーバとトランスミッタの部分に分かれています。
1
PowerPlay EPE スプレッドシートの HSDI ワークシートで計算される消費電力は、トラ
ンスミッタ・シリアライザ・ブロックまたはレシーバ・デシリアライザ・ブロック
のみ対象となります。トランスミッタおよびレシーバは、ALTLVDS メガファンクショ
ンを使用して実装されます。I/O バッファの消費電力は、I/O ワークシートで計算さ
れ、PLL の消費電力は PLL ワークシートで計算されます。
PowerPlay EPE スプレッドシートの HSDI ワークシートの各行には、それぞれのレシー
バ・ドメインまたはトランスミッタ・ドメインが示されます。トランスミッタ・ドメ
インおよびレシーバ・ドメインには、以下のパラメータを入力します。
■
データ・レート（単位 Mbps）
■
トランスミッタ・ドメインおよびレシーバ・ドメイン内のチャネル数
■
トランスミッタ・ドメイン内のシリアライゼーション・ファクタ
■
レシーバ・ドメイン内のデシリアライゼーション・ファクタ
トランスミッタ・ドメインおよびレシーバ・ドメインのトグル・レート
1
レシーバの消費電力は、DPA 回路を使用するか否かに関係なく一定です。
バージョン 11.0 以降の EPE スプレッドシートで、省電力（W）については HSDI ワー
クシートに追加されます。39 ページの「各機能ブロックの省電力のレポート」で示
すように、より詳細な情報については、リンクは、EPE スプレッドシートのレポー
トのワークシートに含まれています。
図 3-17 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの HSDI ワークシートの例を示します。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
HSDI ワークシート
3–32
図 3-17. PowerPlay EPE スプレッドシートの HSDI ワークシート
表 3-12 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの HSDI ワークシートで指定する必要がる
値を示します。
表 3-12. HSDI ワークシート情報
カラム・ヘッダ
説明
TX/RX Module
このカラムにモジュール名を入力します。これはオプションです。
Data Rate (Mbps)
レシーバ・モジュールまたはトランスミッタ・モジュールの最大データ・レートを
Mbps 単位で入力します。
# of Channels
上記のデータ・レートで動作するレシーバ・チャネル数およびトランスミッタ・チャ
ネル数を入力します。この値は 0 ∼ 156 の整数でなければなりません。
Serialization Factor/
Deserialization Factor
各シリアル・データ・ビットのパラレル・データのビット数を入力します。この値は
1 ∼ 10 の整数でなければなりません。
Toggle %
各クロック・サイクルでの平均トグル・レートを入力します。トグル・レートは
0 ∼ 100% です。デフォルトのトグル・レートは 50% です。
Total Power
これは入力されたデータ・レートおよびチャネル数に基づいて、消費電力の見積りを
W 単位で示します。この値は自動的に計算されます。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
f サポートされるデバイス・ファミリの I/O 規格終端方法について詳しくは、該当する
デバイス・ハンドブックの「高速差動 I/O インタフェース」の章を参照してくださ
い。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
XCVR ワークシート
3–33
XCVR ワークシート
サポートされるデバイス・ファミリ（ページ 2 の表 1-3 を参照）は、専用のエンベ
デッド回路トランシーバ・チャネルを備えています。この項はサポートされるデバ
イス・ファミリをターゲットとしたデザインにのみ適用できます。
1
Stratix V デバイスの場合、Quartus II ソフトウェア 10.0 でトランシーバに対して
PowerPlay EPE ファイルを生成する機能はディセーブルされました。この機能は将来
の Quartus II ソフトウェア・リリースに実装される予定です。この情報を手動で入力
する必要があります。このセクションで計算される消費電力は、使用されるチャネル
およびクロック・コントロール・ユニット（CCU）で使用されるすべての回路を含む
トランシーバ・ブロックを対象にしています。トランシーバは、ALTGX メガファンク
ションを使用して実装されます。トランシーバの I/O バッファと PLL の消費電力はこ
のセクションに含まれます。トランスミッタとレシーバは、100Ω 終端を想定してい
ます。
XCVR ワークシートの各行には、それぞれのトランシーバ・ドメインが示されます。
各トランシーバ・ドメインに以下のパラメータを入力します。
2011 年 5 月
Altera Corporation
■
チャネル数
■
使用されるプロトコル
■
選択された VCCA および VCCH_GXB 電圧
（HardCopy IV GX、Stratix IV GX、および Stratix V の
み）
■
選択された VCCL_GXB、VCCR、および VCCT 電圧
■
トランシーバ・ブロックの動作モード
■
データ・レート（単位 Mbps）
■
VOD 設定
■
プリエンファシス設定値
■
アダプティブ離散補正エンジン (ADCE)
■
パラレル・データ・バスの幅
■
特定のモードでは、バイト・シリアライザ、レート・マッチ FIFO 設定、および
8B/10B エンコーダが使用されているかどうかを指定しなければなりません。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
XCVR ワークシート
3–34
図 3-18 に、PowerPlay EPE スプレッドシートを示します。
.
図 3-18. PowerPlay EPE 内の XCVR による消費電力
表 3-13 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの XCVR ワークシートで指定する必要があ
るパラメータを示します。
表 3-13. XCVR セクション情報 ( その１ )
カラム・ヘッダ
説明
Module
このカラムにモジュール名を入力します。これはオプションです。
# of Channels
このトランシーバ・ドメインで使用するチャネル数を入力します。これらのチャネ
ルは 1 つのトランシーバ・ブロックまたは隣接する 2 つのトランシーバ・ブロック
でグループにまとめられ、共通の PLL によってクロックされます。各ドメインに許
可されるチャネル数は、以下のプロトコルによって異なります。
Protocol
トランシーバが実装する通信プロトコルまたは規格を入力します。ドロップダウン・
リストから選択します。
トランシーバ・ブロックに使用される VCCA 電源レールの電圧を入力します。
VCCA Voltage
このオプションは、HardCopy IV GX、Stratix IV GX、および Stratix V デバイスでのみ使
用できます。
トランシーバ・ブロックに使用される VCCH_GXB 電源レールの電圧を入力します。
VCCH_GXB Voltage
VCCL_GXB, VCCR, and VCCT
Voltage
このオプションは、HardCopy IV GX、Stratix IV GX、および Stratix V デバイスでのみ使
用できます。
VCCL_GXB、VCCR、および VCCT 電源レールの電圧を選択します。
トランシーバ・ブロックによって実装される動作モードを入力します。以下のオプ
ションが選択できます。
Operation Mode
Data Rate (Mbps)
■
Receiver and Transmitter
■
Receiver only
■
Transmitter only
トランシーバが動作するデータ・レート（Mbps）を入力します。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
XCVR ワークシート
3–35
表 3-13. XCVR セクション情報 ( その２ )
カラム・ヘッダ
VOD Setting
Pre-Emphasis
Setting–Pre-Tap
Pre-Emphasis
Setting–First Post-Tap
Pre-Emphasis
Setting–Second Post-Tap
説明
ギガビット・トランシーバ・ブロック（GXB）トランスミッタ・チャネル PMA の
VOD 設定を入力します。トランスミッタは 100Ω の終端抵抗を使用しているもの仮定
しています。
トランスミッタが使用する pre-emphasis pre-tap setting を入力します。
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
トランスミッタが使用する pre-emphasis first post-tap 設定を入力します。
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
トランスミッタが使用する pre-emphasis second post-tap setting を入力します。
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
On または Off によって、ADCE を使用するか否かを選択します。
ADCE
Parallel Data Width
Byte Serializer Used
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
各 GXB トランスミッタ・チャネル PCS に入るパラレル・データ・バスの幅、および
各 GXB レシーバ・チャネルを出る PCS パラレル・データ・バスの幅を入力します。
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
バイト SERDES を使用するかどうかを入力します。バイト・シリアライザを使用す
る場合、トランシーバは Double-width モードです。使用しない場合、トランシーバは
Single-width モードです。
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
レート・マッチング FIFO を使用するかどうかを入力します。
Rate Match FIFO Used
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
8B/10B のエンコーダ / デコーダを使用するかどうかを入力します。
8B10B Encoder Used
Channel Power (W)
このパラメータを入力するには、XCVR Page Mode セクションを detailed に設定しま
す。
これは、すべてのチャネルの GXB トランスミッタ・チャネル PMA ブロックおよび
GXB レシーバ・チャネル PMA ブロックの全消費電力（単位 W）を示します。
この値は自動的に計算されます。
CCU Power (W)
これは、すべてのチャネルで使用する GBX PLL および制御回路の全消費電力（単位
W）を示します。
この値は自動的に計算されます。
XCVR Power (W)
これは、チャネルの消費電力および CCU の消費電力（単位 W）の合計を示します。
この値は自動的に計算されます。
PCS/HIP Power
これは、すべてのチャネルの GXB トランスミッタ・チャンネル PCS、GXB レシー
バ・チャネル PCS の総消費電力、および PCIe ハード IP ブロックの全消費電力を示
します。この値は自動的に計算されます。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
XCVR ワークシート
3–36
f サポートされるデバイス・ファミリの I/O 規格終端方法について詳しくは、該当する
デバイス・ハンドブックの「トランシーバ・アーキテクチャ」の章を参照してくだ
さい。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
IP ワークシート
3–37
IP ワークシート
EPE スプレッドシートのバージョン 11.0 以降には、IP ワークシートを紹介します。
IP ワークシートが自動的に簡単に一般的に使用される IP デザインのリソース使用率
を記入する IP デザイン入力機能であり、自動的に選択された IP のための適切なリ
ソースを割り当て、電力消費を計算します。
IP ワークシートの各行には、それぞれの IP ドメインが示されます。EPE スプレッド
シートのバージョン 11.0 では、サポートされている IP は、さまざまな構成（例え
ば、x9、x18 の、x36 の、そして x72）の DDR2 と DDR3、QDR II、および RLDRAM II
などを含む外部メモリ・インタフェース（EMI）IP です。このような Interlaken、
PCI Express ® (PCIe®) Gen3、Gen 2、および Gen1、XAUI、SRIO、SDI、10GE、40GE、と
100 GE などのトランシーバプロトコルは EPE スプレッドシートの将来のリリースで
サポートされます。
各 IP ドメインに以下のパラメータを入力します。
■
IP タイプ
■
ビット単位のデータ幅
■
MHz 単位のクロック周波数
■
イネーブルの割合
■
ワット単位の全消費電力
図 3-19 に、PowerPlay EPE スプレッドシートの IP ワークシートの例を示します。
図 3-19. PowerPlay EPE スプレッドシートの IP ワークシート
表 3-14 に、
PowerPlay EPE スプレッドシートの IP ワークシートで指定する必要があるパ
ラメータを示します。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
IP ワークシート
3–38
表 3-14. セクション情報
カラム・ヘッダ
説明
Module
このカラムにモジュール名を入力します。これはオプションです。
IP
特定のデバイス・ファミリのサポートの IP タイプを選択します。各デバイス・ファミ
リは、別のサポートされている IP アドレスがあります。最新のサポートについては、
MegaWizard Plug-In Manager を参照してください。
Data Width (Bits)
インタフェースのデータ幅（ビット数）。
Clock Freq (MHz)
クロック周波数を入力します（単位 MHz）。有効範囲は 0 ∼ 600 Mhz です。
Enable %
選択された IP のイネーブルの割合を入力します。有効範囲は 0%（完全にオフする）
∼ 100%（完全にイネーブルにする）です。
Total Power (W)
特定の行の選択された IP にの全消費電力をレポートする編集不可能なフィールドで
す。
User Comments
コメントを入力します。これはオプションです。
f 詳細は、アルテラ・ウェブサイトの「 Altera’s External Memory Interface Solution Center」
資料ページでのを参照してください。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Report ワークシート
3–39
Report ワークシート
Report ワークシートでは、PowerPlay EPE スプレッドシートからのすべての情報およ
び消費電力の見積もり結果を示します。Power Supply Current (A) セクションでは、電
源についての推奨事項を表示します。デザインで使用されるデバイスのすべての電
源要件は、Min Current Requirement (A) および User Mode Current Requirement (A) のカラ
ムで説明されています。
各電圧レールのスタティック消費電力およびダイナミック電流
EPE スプレッドシートのバージョン 11.0 以降のためには、User Mode Current
Requirement (A) カラムには、各 FPGA の電圧レールに対して別々にスタティック消費
電力およびダイナミック電流をレポートします。この強化により、電圧レールあた
りの消費電力に関する詳細な情報を提供し、デザインを変更するために、およに電
力を節約するために、この情報を使用することができます。
図 3-20 に、各電圧レールでのスタティック消費電力およびダイナミック電流を区別
するレポート・パネルの例を示しています。
図 3-20. Power Supply Current セクションの区別するスタティック消費電力およびダイナ
ミック電流
各機能ブロックの省電力のレポート
EPE スプレッドシートのバージョン 11.0 以降には、Thermal Power (W) セクションは、
各機能ブロックからの省電力をレポートする Power Saving のカラムに拡張されてい
ます。また、この Power Saving フィールドは、保存されている電力量を表示する各
機能ブロックのワークシートに示されています。
図 3-21 に、Thermal Power セクションで各機能ブロックのための省電力化のレポート
の例を示しています。
図 3-21. Thermal Power セクションで各機能ブロックの省電力化のレポート
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator のワークシート
Report ワークシート
3–40
パワーアップ電流
一部のデバイス・ファミリでは、パワーアップ電流が I/O ワークシートに載っている
ダイナミック電流より大きな場合もあります。例えば、Stratix III および Stratix IV デバ
イスの場合、I/O ワークシートでの VCCPD または ICCPD の電流値は、Main ワークシート
での Power Supply Current (A) セクションに乗っている ICCPD 電流値と異なります。
「ICCPD」の値は、VCCPD 電源レールのパワーアップ電流要件です。I/O ワークシートで
は、ユーザー・モードの電流要件が表示されています。
1
アルテラは使用される各電圧源の VCCPD 電源レールに必要な最小電流を提供します。
ただし、提供される値は、その電圧源を使用するバンクの数に依存しません。
パワーアップ電流を見積もるには、Report ワークシートを使用して、最小電流要件
をユーザー・モード電流要件と比較をします。電源がユーザー・モード要件を超える
パワーアップ電源を有する場合は、最小電流要件がユーザー・モード電流より高い
ことがあります。例えば、Stratix III と Stratix IV デバイスの VCCPD 電源レール、および
Stratix IV デバイスの VCCIO 電源レールです。
複数の電圧電源用の電源ブレイクアウト
Quartus II ソフトウェア V9.0 SP2 以降から、PowerPlay EPE スプレッドシートおよび
PowerPlay Power Analyzer はデバイスで使用される各電圧源の最小電流要件を示すよう
になっています。VCCIO の場合、表示される ICCIO の最小電流要件およびデザインで使用
される各電圧レールの電流値は同じです。VCCPD の場合、表示される ICCPD の最小電流
要件およびデザインで使用される各電圧レールの電流値は同じです。
これらの値は、デバイス内のすべての I/O ピンが同じ電圧レールによって給電される
ことに基づいています。したがって、最小電流要件は VCCIO および VCCPD に使用される
各電圧レールに繰り返されます。
デバイスおよびデザインの使用状況に基づいて ICCIO および ICCPD の最小電流要件をよ
り正確に見積もるには、次の式を使用することができます。
■
「（VCCIO 電圧によって給電される I/O ピンの数）/（デバイス内の I/O ピンの総数）」×
（最小電源電流）× (1.10)
■
「（VCCPD 電圧によって給電される I/O ピンの数）/（デバイス内の I/O ピンの総数）」×
（最小電源電流）× (1.10)
デザインで使用される VCCIO 電圧および VCCPD 電圧ごとにこれらの式を使用します。
「VCCIO / VCCPD によって給電される I/O ピンの数」は、特定の電圧によって給電される
I/O バンクにある、使用される I/O ピンおよび未使用 I/O ピンの両方を表します。「最
小電源電流」は、消費電力見積もりツールで示された ICCIO および ICCPD の値です。
1.10 のスケーリング係数は、追加のガードバンドとして提供されており、消費電力
の見積もりに含める必要があります。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
4. PowerPlay Early Power Estimator
スプレッドシートの
正確さに影響する要因
PowerPlay EPE に表示される見積り値は、多くの要因によって影響を受けます。特に、
PowerPlay EPE スプレッドシートでシステムが確実に正しくモデル化されることを保
証するためには、トグル・レート、空気流量、温度、ヒート・シンクを正確に入力
する必要があります。
トグル・レート
PowerPlay EPE スプレッドシートで指定するトグル・レートは、表示されるダイナ
ミック消費電力に大きく影響する可能性があります。正確な見積りを得るには、現実
的なトグル・レートを入力する必要があります。現実的なトグル・レートを特定する
には、FPGA が受け取る入力の種類とそれがトグルする頻度を知っている必要があり
ます。
デザインが完成されていない場合、正確な見積もりを出すには、デザインの個々の
モジュールを機能別に分離して、リソースのトグル・レートと併せてリソース使用
率を見積ります。これを達成する最も簡単な方法は、以前のデザインを利用して、同
様の機能を持つモジュールのトグル・レートを見積ることです。
図 4-1 での入力データはデータ送信用にエンコードされ、トグル・レートは約 50%
です。
図 4-1. デコーダおよびエンコーダのブロック図
Mod Input
Data
Decoder
RAM
Filter
Modulator
Encoder
このケースでは、以下の見積りを行う必要があります。
■
データ・トグル・レート
■
Mod 入力のトグル・レート
■
デコーダ・モジュール、RAM、フィルタ、モジュレータおよびエンコーダのリ
ソースの見積り
■
デコーダ・モジュール、RAM、フィルタ、モジュレータおよびエンコーダのトグ
ル・レート
これらの見積りは多くの方法で行うことができます。これまでに同様のモジュール
で、ほぼ同じトグル・レートのデータ入力を使用したことがある場合は、その情報
を利用できます。一部のブロックで MATLAB シミュレーションを使用できる場合は、
トグル・レート情報を取得できます。一部のモジュールで HDL を使用できる場合は、
それらのモジュールをシミュレートできます。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator スプレッドシートの 正確さに影響す
4–2
る要因
HDL が完成している場合、トグル・レートを算出する最良の方法はデザインをシ
ミュレートすることです。トグル・レートの見積りの正確さは、入力ベクタの精度に
よって異なります。したがって、シミュレーション・カバレッジが高いかどうかを判
断すれば、トグル・レート情報がどの程度正確であるかを評価できます。
Quartus II ソフトウェアでは、シミュレーション・ツールから情報を提供すると、デ
ザインで使用する各リソースのトグル・レートを算出することができます。デザイン
は多くの様々なツールを使用してシミュレートでき、情報は Signal Activity ファイル
（.saf）により Quartus II ソフトウェアに渡すことができます。Quartus II PowerPlay
Power Analyzer は、最も正確な消費電力の見積りを提供します。Quartus II ソフトウェ
アからコンマ区切り値ファイル（.csv）を PowerPlay EPE スプレッドシートにイン
ポートして、デザイン完成後の消費電力を見積ることができます。
空気流量
PowerPlay EPE スプレッドシートでは、デバイスの空気流量を指定することができま
す。この値は熱解析に影響し、デバイスの消費電力に大きく影響する場合がありま
す。正確な見積りを得るには、空気流量を供給するファンの出力ではなく、FPGA で
の空気流量を正しく算出する必要があります。
多くの場合、空気流量を供給するファンの近くにはデバイスを配置できません。空気
流量の経路はデバイスに達する前にボードの長さを横断する可能性が高く、デバイ
スに対する実際の空気流量は減少します。図 4-2 では、ファンはボードの端に配置さ
れています。FPGA での空気流量は、ファンにおける空気流量より弱くなります。
図 4-2. 空気流量および FPGA の位置
F
A
N
FPGA
遮断された空気流量も考慮する必要があります。図 4-3 では、FPGA からの空気流量
を遮断しているデバイスがあるため、FPGA に対する空気流量は大幅に減少します。
また、ファンからの空気流量が FPGA に達するまでに、ボード上のコンポーネントや
その他のデバイスを冷却することもよくあります。
図 4-3. 空気流量とコンポーネントおよび FPGA の位置
F
A
N
Device
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
FPGA
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator スプレッドシートの 正確さに影響する要因
温度
4–3
カスタム・ヒート・シンクを使用する場合は、空気流量を PowerPlay EPE スプレッド
シートに直接入力する必要はありませんが、デバイスでの空気流量を把握したうえ
で、ヒート・シンクの θSA を入力する必要があります。ほとんどのヒート・シンクで
は、ヒート・シンクの上に空気を流れやすくするフィンが配置されています。
図 4-4 に、ヒート・シンク付き FPGA を示します。
図 4-4. 空気流量およびヒート・シンク
F
A
N
Heat Sink Fins
Heat Sink
FPGA
FPGA 上にヒート・シンクを配置するときは、フィンの向きを空気流量の向きと一致
させる必要があります。図 4-5 の上面図に、フィンの正しい向きを示します。
図 4-5. ヒート・シンク（上面図）)
F
A
N
Heat Sink Fins
上記の検討事項は、デバイスでの空気流量に大きく影響する可能性があります。
PowerPlay EPE スプレッドシートに情報を入力する際は、FPGA における正確な空気流
量の値が得られるように、これらの影響を考慮する必要があります。
温度
デバイスの熱情報を正しく計算するには、PowerPlay EPE スプレッドシートにデバイ
スの周囲温度を入力する必要があります。周囲温度とはデバイス周囲の大気の温度で
す。この周囲温度は通常、システム外部の周囲温度よりはるかに高くなります。デバ
イスの周囲温度を正確に表すには、熱電対装置を用いて、できるだけデバイスに近
い位置で温度を測定する必要があります。
誤った周囲温度を入力すると、PowerPlay EPE スプレッドシートの消費電力の見積り
は大きく変化します。図 4-6 に、ボックス内に FPGA を収めた単純なシステムを示し
ます。この場合、番号が付いたそれぞれの位置によって温度は大きく異なります。
2011 年 5 月
Altera Corporation
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
PowerPlay Early Power Estimator スプレッドシートの 正確さに影響す
4–4
る要因
図 4-6. 温度のばらつき
4
2
F
A
N
3
1
FPGA
例えば、位置 3 の場合、デバイスの周囲温度は、PowerPlay EPE スプレッドシートに
入力するために取得する必要があります。位置 1 および 2 の温度は位置 3 より低く、
位置 4 では 25°C 近くになると考えられます。システム内のデバイス付近の温度は、
通常は 50 ～ 60 °C ほどですが、大きくばらつくこともあります。PowerPlay EPE スプ
レッドシートから正確な消費電力を見積るには、FPGA デバイス付近の周囲温度の現
実的な見積りを得ることが非常に重要です。
ヒート・シンク
ヒート・シンクを使用する場合、消費電力は式 4-1 および式 4-2 で算出されます。
式 4-1. 総消費電力
TJ – TA
P = ----------------θ JA
式 4-2. 接合部から周囲空気までの熱抵抗
θJA TOP= θJC + θCS + θSA
θJC 値は FPGA に固有のもので、データシートから入手できます。θCS 値は、ヒート・シ
ンクと FPGA を結合する材料を指し、約 0.1 °C/W になります。θSA 値は、ヒート・シ
ンクのメーカに問い合わせて入手してください。この値を入手するときは、デバイ
スに対する適切な空気流量で正しいヒート・シンク情報が解析されていることなど、
FPGA の適切な条件に適合していることを確認してください。
f
ヒート・シンクの情報を確認する方法のについて詳しくは、「AN 358: Thermal
Management for FPGAs」を参照してください。このアプリケーション・ノートに記載
されている情報は、65-nm FPGA にも適用できます。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation
追加情報
改訂履歴
以下の表に、このユーザーガイドの改訂履歴を示します。
日付
バージョン
4.0
変更内容
■
Quartus II ソフトウェア V 11.1 リリースの更新。
■ 「PLL
ワークシート」の項を追加。
■ 「Report
2011 年 5 月
3.0
2010 年 12 年
2.0
■
表 1-1、表 1-2、および表 1-3 を更新。
■
図 3-1、図 3-9、図 3-11、図 3-12、図 3-13、図 3-15、図 3-16、およに図 3-18
を更新。
■
Quartus II ソフトウェア V 10.0 リリースの更新。
■
Arria II GZ デバイスについての情報を追加。
■
表 1–1、表 1–2,、および表 1–3 を更新。
Quartus II ソフトウェア v10.0 のリリースにより、以下を更新。
■
Stratix V デバイスを追加。
■ 「Report
2010 年 7 月
ワークシート」の項を更新。
ワークシート」を追加。
■
1 ページの「システム要件」、1 ページの「PowerPlay Early Power Estimator
のダウンロードおよび インストール」、2 ページの「PowerPlay Early Power
Estimator への情報の入力」、2 ページの「消費電力の見積もり」を追加。
■
すべてのワークシートを 1 ページの「PowerPlay Early Power Estimator の
ワークシート」の章に結合。
■
ページ 2 の表 1-2、ページ 2 の表 1-3、
7-3 ページの表 7-2 および 11-2 ページの
表 11-1 を更新。
■
ページ 2 の図 3-1 を更新。
■
テキストのマイナーな編集。
2010 年 1 月
1.1
1–2 ページの表 1–2、1–2 ページの表 1–3 を更新。
2009 年 11 月
1.0
初版。
アルテラへのお問い合わせ
Altera® 製品に関する最新の情報については、次の表を参照してください。
お問い合わせ先 ( 注 1)
技術的なご質問
技術トレーニング
アルテラの資料に関するお問い合
わせ
2011 年 5 月
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方法
アドレス
ウェブサイト
www.altera.com/support
ウェブサイト
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電子メール
[email protected]
ウェブサイト
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PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
Info–2
表記規則
お問い合わせ先 ( 注 1)
お問い合わせ
方法
アドレス
一般的なお問い合わせ
電子メール
[email protected]
ソフトウェア・ライセンスに関す
るお問い合わせ
電子メール
[email protected]
注：
(1) 詳しくは、日本アルテラまたは販売代理店にお問い合わせください。
表記規則
本書では、以下の表に示す表記規則を使用しています。
書体
意味
太字かつ文頭が大文字
コマンド名、ダイアログ・ボックス・タイトル、ダイアログ・ボックス・
オプション、およびその他の GUI ラベルを表します。
例：Save As ダイアログ・ボックス
太字
ディレクトリ名、プロジェクト名、ディスク・ドライブ名、ファイル名、
ファイルの拡張子、およびソフトウェア・ユーティリティ名を表します。
例：\qdesigns ディレクトリ、d: ドライブ、および chiptrip.gdf ファイル
斜体かつ文頭が大文字
資料のタイトルを表します。例：AN 519: Stratix III デザイン・ガイドライン
変数を表します。例：n + 1
斜体
文頭が大文字
「小見出しタイトル」
変数名は、山括弧（< >）で囲んでいます。例：<file name> および <project
name>.pof ファイル
キーボード・キーおよびメニュー名を表します。
例：Delete キー、Options メニュー
かぎ括弧は、資料内の小見出しおよび Quartus II Help トピックのタイトル
を表します。例：
「表記規則」
信号、ポート、レジスタ、ビット、ブロック、およびプリミティブ名を表
します。例：data1、tdi、および input。
アクティブ Low 信号は、サフィックス n で表されています。例：resetn
Courier フォント
コマンドライン・コマンド、および表示されているとおりに入力する必要
があるものを表します。例：c:\qdesigns\tutorial\chiptrip.gdf
また、Report ファイルのような実際のファイル、ファイルの構成要素
（例：AHDL キーワードの SUBDESIGN）、ロジック・ファンクション名
（例：TRI）も表します。
1.、2.、3.、および
a.、b.、c.、など。
順など項目の順序が重要なものは、番号が付けられリスト形式で表記され
ています。
■ ■
箇条書きの黒点などは、項目の順序が重要ではないものに付いています。
1
指差しマークは、要注意箇所を表しています。
c
注意は、製品または作業中のデータに損傷を与えたり、破壊したりするお
それのある条件や状況に対して注意を促します。
w
警告は、ユーザーに危害を与えるおそれのある条件や状況に対して注意を
促します。
r
矢印は、Enter キーを押すことを示しています。
f
足跡マークは、詳細情報の参照先を示しています。
PowerPlay Early Power Estimator ユーザーガイド
2011 年 5 月
Altera Corporation