Xilinx与Altera FPGA比较系列之一 逻辑资源速度(1)

橄榄之家

一开始没想到这个比较会得到大家的关注，纯粹是出于自己的兴趣。两个厂商都会宣称自己某一方面比对方好，到底是谁的更好呢？这肯定是个仁者见仁，智者见智的问题。最近这段时间比较忙，项目到了比较关键的阶段，加上其他一些杂七杂八的事情，很难有比较完整的时间坐下来完成报告，直到今天才基本把一些文档整理完。在整理的过程中，越来越觉得很难比较两者之间的速度，因为相关的因素实在太多了。软件的好坏，器件本身的延迟，设计等等对最优的速度都有着相当大的影响。做速度比较用的滤波器很难代表其他的设计，算是抛砖引玉，希望能够和大家一起讨论FPGA的速度这个问题。在整理过程中，发现了很多很有趣的事情，比如Stratix III和Stratix II的速度区别等。为此，作者做了一些简单的实验，希望能够找到合理的解释，来分析出现这些现象的原因。 编译之前的考虑

根据作者自己的一些经验，作者把常用的一些开关打开了，以便更好的优化速度。另外，有一些选项作者拿不准是否两个软件都有相似的开关，就没有打开。
为了使得比较更加合理，作者尽可能选择门数和IO速度都比较接近的FPGA。
Xilinx采用ISE9.1 Service Pack1版本，Altera采用Quartus7.1 Service Pack1版本，
Xilinx:   

Type	Option	Value
Synthesis Option	Optimization Goal	Speed
	Optimization Effort	High
	Use DSP48	No
Map Option	Perform timing driven packing and placement	yes
	Map effort level	high
	Optimization strategy	speed
Place & Route	Place and route effort level	high

  Altera
 

Type	Option	Value
Synthesis Option	stratixii_optimization_technique	Speed
Fit Option	Fitter_Effort	Standard (Highest)
	optimize_fast_corner_timing	on
	physical_synthesis_combo_logic	on

  编译结果

作者采用了两种形式的滤波器来比较两者的速度。第一种实现形式是57阶FIR滤波器, 8比特输入数据, 8比特输出数据, 13比特系数, 滤波器采用转置形式的结构（上一篇文章写错了）。
下面是得到的测试结果。

表1 转置形式滤波器

逻辑资源运行速度
FPGA Platform	FPGA Type	Speed (MHz)	Speed (MHz)	FPGA Type	FPGA Platform
Stratix III	EP3SE80F780C2	330	269	xc5vlx85-ff1153-3	Virtex 5
	EP3SE80F780C3	276	238	xc5vlx85-ff1153-2
	EP3SE80F780C4	245	203	xc5vlx85-ff1153-1
Stratix II	EP2S90F1020C3	318	207	xc4vlx100-ff1148-12	Virtex 4
	EP2S90F1020C4	279	182	xc4vlx100-ff1148-11
	EP2S90F1020C5	234	156	xc4vlx100-ff1148-10

  第二种实现方式是相同的滤波器，采用直接形式的结构，乘完之后的数据按照四输入加法的方式求和。
下面是得到的测试结果。

表2 直接形式滤波器

逻辑资源运行速度
FPGA Platform	FPGA Type	Speed (MHz)	Speed (MHz)	FPGA Type	FPGA Platform
Stratix III	EP3SE80F780C2	239	275	xc5vlx85-ff1153-3	Virtex 5
	EP3SE80F780C3	212	243	xc5vlx85-ff1153-2
	EP3SE80F780C4	180	211	xc5vlx85-ff1153-1
Stratix II	EP2S90F1020C3	223	189	xc4vlx100-ff1148-12	Virtex 4
	EP2S90F1020C4	200	167	xc4vlx100-ff1148-11
	EP2S90F1020C5	171	150	xc4vlx100-ff1148-10

  一些简单的结论

1.         从表1可以看出，Altera的FPGA运行速度快不少。Stratix II 比 V4的速度高出尤其多。
2.         表1,2的结果表明Stratix III 的速度比 Stratix II的没有显著的增加。Xilinx的V5比V4速度提升了不少。
3.         对于直接形式的FIR滤波器，一个有趣的现象是Stratix II比V4快，但是V5比Stratix III快。

下面一篇文章将进一步验证上述结论。