UltraRAM 是 UltraScale + 系列中最新的存儲(chǔ)器模塊，能實(shí)現(xiàn)高達(dá) 500Mb 的總片上存儲(chǔ)容量，相當(dāng)于賽靈思 28nm FPGA 片上存儲(chǔ)器容量的 6 倍。

傳統(tǒng)的 FPGA 和 SoC 包含的片上存儲(chǔ)器以 block RAM 和分布式 RAM 的形式存在。由于器件能以更高數(shù)據(jù)速率處理更多數(shù)據(jù)，因此越發(fā)需要將數(shù)據(jù)緩沖或存儲(chǔ)在靠近處理器的位置。

UltraScale+ 系列中的新產(chǎn)品是一款容量更大的稱為 UltraRAM 的靈活存儲(chǔ)器模塊。UltraRAM 模塊可級(jí)聯(lián)在一起構(gòu)成更大的片上存儲(chǔ)器。

在設(shè)計(jì)中使用 UltraRAM 很簡(jiǎn)單，因?yàn)橘愳`思提供了所有必要工具，利用這些工具可以在設(shè)計(jì)中集成功能強(qiáng)大的最新模塊。

緩沖與存儲(chǔ)的需求增加

UltraScale+ FPGA 和 MPSoC 能夠傳輸和處理的數(shù)據(jù)比前一代器件多得多。靈活的級(jí)聯(lián)功能使得 UltraRAM 模塊能夠采用多種配置——既可單獨(dú)使用，也可在器件中將所有模塊連 接在一起使用。這使得用戶能夠構(gòu)建大小適合應(yīng)用需求的存儲(chǔ)器陣列，并省去一些 PCB 上的外部存儲(chǔ)器 組件，例如 QDR SRAM。

UltraRAM 細(xì)節(jié)與特性

大多數(shù) Kintex UltraScale+ 和 Zynq UltraScale+ 器件都包含一列 UltraRAM ；高端 Virtex UltraScale+ FPGA 則包含多達(dá) 5 列 UltraRAM。在 Kintex UltraScale+ 和 Zynq UltraScale+ 器件中，級(jí)聯(lián)得到的 RAM 陣列可高達(dá) 36Mb，在 Virtex UltraScale+ 器件中可達(dá)到 22.5Mb。Virtex UltraScale+ 系列中，所有 UltraRAM 列都 可通過(guò)光纖路由連接在一起，在最大器件中可構(gòu)成容量達(dá) 360Mb 的存儲(chǔ)器陣列。

功耗降低

UltraRAM 提供各種內(nèi)置功能以最大化功率效率，通常無(wú)需用戶干預(yù)。這些功能包括 ：

將設(shè)計(jì)中不用的 UltraRAM 斷電

自動(dòng)對(duì)不使用的流水線寄存器進(jìn)行時(shí)鐘門(mén)控

當(dāng) UltraRAM 長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，使其進(jìn)入休眠模式

在設(shè)計(jì)中使用 UltraRAM

UltraScale+ 產(chǎn)品組合使用賽靈思的 Vivado Design Suite。設(shè)計(jì)工具提供一系列代碼模板，可幫助用戶 成功鎖定器件內(nèi)的可用資源。有三種方法可以在 RTL 設(shè)計(jì)中使用 UltraRAM ：

編寫(xiě)代碼以調(diào)用存儲(chǔ)器 ；

實(shí)例化器件原語(yǔ) ；

使用最近添加的賽靈思參數(shù)化宏 (XPM)。

創(chuàng)建存儲(chǔ)器陣列

UltraRAM 架構(gòu)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，允許很多個(gè) UltraRAM 模塊高效地連接在一起，以構(gòu)成深邏輯存儲(chǔ)器， 僅使用很少甚至無(wú)需架構(gòu)資源，而且訪問(wèn)時(shí)延相對(duì)較短。

寄存器和流水線化

每個(gè) UltraRAM 包含多個(gè)輸入和輸出寄存器，如圖 3 所示，其中有一些是可選的，取決于配置情況和所 需的功能。

圖3：UltraRAM 寄存器

遷移到 UltraRAM

在做這個(gè)步驟之前，用戶一定要知道所選目標(biāo)器件中不同存儲(chǔ)器資源的數(shù)量。表 1 給出了不同 UltraScale+ 系列中 UltraRAM 的數(shù)量。在 Virtex UltraScale+ 器件中，可將所有 UltraRAM 連在一起，以構(gòu)成容量高達(dá) 360Mb 的多列陣列 ；不過(guò)，也可實(shí)現(xiàn)更為常用的 10Mb-144Mb 范 圍的多實(shí)例使用模型。

表1：UltraScale+ 產(chǎn)品組合中的 UltraRAM 資源

替代外部存儲(chǔ)器組件

高達(dá) 360Mb 的 UltraRAM 幾乎可配置成無(wú)數(shù)種方式，因此會(huì)有很多種使用模式。常見(jiàn)的 UltraRAM 使用模式是如果不實(shí)現(xiàn)在外部存儲(chǔ)器中，則可以將存儲(chǔ)器整合在 FPGA 或 MPSoC 中。

輸入多播

每個(gè) UltraRAM 端口都可確定級(jí)聯(lián)模式中的事務(wù)處理是否屬于局部存儲(chǔ)器陣列。該功能可用來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài) 的事務(wù)處理級(jí)寫(xiě)單播、多播和廣播存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成高效輸出緩沖存儲(chǔ)器開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)。

結(jié)論

每個(gè)設(shè)計(jì)都需要和使用這樣或那樣的存儲(chǔ)器。將大容量、靈活的 UltraRAM 模塊添加到 UltraScale+ 產(chǎn)品 系列后，為用戶提供的片上存儲(chǔ)器容量比以往任何器件或競(jìng)爭(zhēng)器件都要大。由于模塊可連接在一起構(gòu)成 不同大小的存儲(chǔ)器陣列，這樣用戶就能在設(shè)計(jì)中在需要的位置構(gòu)建理想的存儲(chǔ)器解決方案，消除了使用 外部 SRAM 組件所帶來(lái)的功耗和電路板復(fù)雜性。