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EP4SH40I3NAB 发布时间 时间:2025/12/27 14:45:30 查看 阅读:14

EP4SH40I3NAB是Intel(原Altera公司)生产的Stratix IV系列现场可编程门阵列(FPGA)芯片中的一款高性能器件。Stratix IV系列基于65纳米低功耗工艺技术制造,旨在满足高端通信、数据中心、军事和测试设备等对高密度逻辑、高速收发器和低功耗有严格要求的应用场景。EP4SH40I3NAB属于该系列中的中高端型号,具备丰富的逻辑资源、嵌入式存储器、数字信号处理(DSP)模块以及高速串行收发器,能够支持多种高速接口协议,如PCI Express、Serial RapidIO、10 Gigabit Ethernet(10GbE)、OTN等。
  该器件的命名遵循Altera的命名规则:EP代表FPGA产品线;4S表示Stratix IV SX子系列(主要针对高速串行应用优化);H40表示逻辑单元规模等级;I3表示工业级温度范围(-40°C至+100°C结温);NAB则指封装形式为FCBGA(Flip-Chip Ball Grid Array),引脚数为1517。EP4SH40I3NAB集成了约40,000个逻辑单元(Logic Elements),提供超过24 Mb的嵌入式存储器,并配备多达36个高速收发器通道,每个通道支持高达11.3 Gbps的数据速率,适用于构建复杂系统级设计。
  此外,该FPGA支持高级电源管理功能,包括多电压域供电和动态功耗调节,有助于在高性能运行的同时控制整体功耗。其I/O接口支持广泛的单端和差分标准,兼容多种外部器件连接需求。由于其高度集成性和灵活性,EP4SH40I3NAB常用于需要实时处理能力、高带宽数据通路和协议灵活性的系统设计中。

参数

系列:Stratix IV SX
  逻辑单元(LEs):约40,000
  自适应逻辑模块(ALMs):19,060
  嵌入式存储器(M9K模块):24,840 Kb(约24.3 Mb)
  DSP模块数量:96个(每个包含一个18x18乘法器)
  最大用户I/O数:704
  高速收发器数量:36
  收发器速率范围:600 Mbps 至 11.3 Gbps
  收发器协议支持:PCIe Gen1/Gen2, Serial RapidIO, 10GbE, CPRI, OBSAI等
  封装类型:FCBGA
  引脚数:1517
  工作温度:工业级(I3:-40°C至+100°C结温)
  电源电压:核心电压1.0V,辅助电压1.2V/1.5V/1.8V/2.5V/3.3V(根据I/O标准)
  配置方式:主动串行(AS)、被动串行(PS)、被动并行(PPS)等

特性

Stratix IV系列FPGA采用先进的65纳米低K介质工艺,显著提升了性能与功耗比。EP4SH40I3NAB作为其中一员,具备高度可编程的逻辑架构,由大量自适应逻辑模块(ALM)构成,每个ALM可高效实现复杂组合逻辑或时序逻辑功能。这种结构允许设计者灵活地映射各种算法和状态机,尤其适合实现高性能数字信号处理、协议转换和数据包处理任务。ALM的设计优化了寄存器利用率和布线效率,从而提高时钟频率和降低延迟。
  FPGA内部集成了超过24 Mb的嵌入式存储器,以M9K块的形式分布在整个器件中。这些存储器块支持双端口、单端口、移位寄存器和FIFO等多种操作模式,广泛应用于缓存、帧缓冲、查找表和数据队列等场景。配合专用的存储器控制器,可以实现高效的内存访问调度,减少瓶颈。
  DSP模块方面,EP4SH40I3NAB配备了96个高性能DSP块,每个块支持18x18位乘法运算,并可级联形成更宽的数据路径,适用于滤波器、FFT、矩阵运算等数学密集型应用。这些DSP模块支持流水线和低延迟模式,满足不同性能需求。
  高速收发器是Stratix IV的核心优势之一。该器件提供36个全双工串行收发器,每个支持最高11.3 Gbps的线速率。收发器内建均衡器、时钟数据恢复(CDR)电路和预加重功能,确保在背板或长距离电缆上传输的信号完整性。支持多种行业标准协议,无需外置PHY芯片即可实现系统互联,降低了物料成本和设计复杂度。
  电源管理方面,该器件支持多电压域独立供电,允许设计者根据功能模块的工作状态动态调整供电策略。此外,提供部分重配置功能,可在运行时更新部分逻辑而不影响其他模块正常工作,增强了系统的灵活性和可靠性。

应用

EP4SH40I3NAB广泛应用于对性能、带宽和可靠性要求极高的工业和通信系统中。在电信基础设施领域,它常用于构建下一代无线基站(如4G LTE和早期5G原型系统)中的基带处理单元,负责执行信道编码、调制解调、波束成形等关键任务。其高速收发器能够直接连接射频前端或光模块,实现CPRI/eCPRI接口的数据传输。
  在数据中心和高性能计算环境中,该FPGA可用于加速特定算法,例如数据压缩、加密解密、正则表达式匹配等,作为CPU的协处理器提升整体系统效率。通过集成PCI Express Gen2 x8接口,它可以无缝连接主机系统,实现低延迟、高吞吐量的数据交换。
  军事与航空航天领域也广泛采用此类器件,用于雷达信号处理、电子战系统、图像识别和安全通信设备。其工业级温度特性和抗辐射设计(在特定版本中)使其能够在严苛环境下稳定运行。
  测试与测量设备,如高速示波器、协议分析仪和自动测试设备(ATE),利用EP4SH40I3NAB的强大I/O能力和实时处理能力,实现多通道同步采集与实时数据分析。此外,在广播视频设备中,可用于实现4K视频流的切换、格式转换和HDR处理。
  科研领域中,该芯片也被用于粒子探测器数据采集系统、天文望远镜信号处理平台等需要极高实时性和定制化逻辑的场合。

替代型号

5SGXMA5H1F35C3N

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