这项工作在 VPR 中加入了对时序优先布线算法的支持,并对延时进行了精确估计。这使得 VPR 可以对 FPGA 互联网络结构进行更加深入的研究。通常来说,FPGA 上 90%的面积都是用来进行可编程布线的,而关键路径延时里有 80%都是布线延时。因此,如何构建正确的 FPGA 互联网络,对于性能和资源消耗来说都是至关重要的。随着 FPGA 面积的不断增加,这一点更为明显,因为根据 Rent 法则,电路中导线数量的增长必须快于逻辑单元数量的增长。

然而,架构师经常习惯于根据直觉和以往的经验做出决策,而不是根据基准测试和理论分析。CAD 工具通常针对单一架构进行优化,因此如果架构进行了变更,工具的性能和有效性就会不可避免的下降。此外,如果要量化互联对性能的影响,就需要有基于时序驱动的综合、布局和布线算法。

这项工作在 VPR 中引入了一种用来精确估计延时的 Elmore 模型,并阐述了一种使用 VPR 对 FPGA 布线架构进行分析和评估的方法。这使得 FPGA 架构师可以通过一种架构描述语言(architecture description language),对 FPGA 架构进行建模和分析,然后工具就可以自动对这种架构进行适配。

以下五个FPGA布局布线算法领域的重要工作几乎奠定了现代算法的基础

这项成果首先假设了一个传统的岛型 FPGA 架构,然后尝试使用最优的方法对连线进行分段,并将这些分段连接起来。通过使用 VPR,可以自动对大部分的参数空间进行探索,从而得到对于给定的参数的最优布线结果。

这项成果最大的贡献在于它所使用的方法论和工具。仅仅在几年之后,Altera 在构建 Stratix 架构时就采用了相似的设计方法,以及基于 VPR 的工具包。这进一步表明,创新既需要跳出固有的思维模式,也要使用先进的工具来评估这些新的想法,两者缺一不可。

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从高层描述自动生成 FPGA 布线架构

一句话总结:通过自动处理 FPGA 布线架构研究中繁琐的部分,推进了整个研究领域的跨越式发展。

英文名:Automatic Generation of FPGA Routing Architectures from High-Level Descriptions

作者:Vaughn Betz, Jonathan Rose

发表时间:2000 年

推介人:Scott Hauck(华盛顿大学)

FPGA 的架构研究是非常复杂的,有的时候即使是为了回答最简单的问题,都需要付出相当程度的努力。在很多情况下,FPGA 架构师会认为他们的一些新想法,诸如更大的逻辑块、新型的进位链等等,理应会极大的提升系统的功耗、性能、面积、稳定性等指标。然而,为了证明这些想法的可行性,就需要设计工具和实际应用来对这些想法进行验证。同时,也需要结合很多和这些想法无关的 FPGA 架构细节,以组成一个完整的系统。在工具层面,大名鼎鼎的 Pathfinder 和 VPR 的出现,已经为大多数逻辑映射工作提供了一个稳定而高效的后端平台。

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