インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorユーザーガイド

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ID 683445
日付 4/01/2024
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorの概要 2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorでの消費電力の見積もり 3. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorのグラフィカル・ユーザー・インターフェイス 4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorのページ 5. インテル® FPGA PTCの精度に影響する要素 6. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorユーザーガイドのアーカイブ 7. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorユーザーガイド改訂履歴 A. 静的消費電力の測定
1. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorの概要 x
1.1. インテルFPGA Power and Thermal Calculatorの入手方法 1.2. インテル® FPGA PTC電力モデルのステータス 1.3. このドキュメントで使用されている消費電力に関する用語の定義
2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorでの消費電力の見積もり x
2.1. FPGAの設計開始前における消費電力の見積もり 2.2. FPGAデザイン作成中の消費電力の見積もり 2.3. FPGAデザイン完成後の消費電力の見積もり 2.4. デュアルコア・デバイスに向けた消費電力の見積もり
2.2. FPGAデザイン作成中の消費電力の見積もり x
2.2.1. Quartus® Prime Power Analyzerで生成された .qptc ファイルをインポートする場合
3. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorのグラフィカル・ユーザー・インターフェイス x
3.1. インテル® FPGA PTCのSelect Familyダイアログボックス 3.2. インテル® FPGA PTCの主なGUIコンポーネント 3.3. インテル® FPGA PTC - IP Wizard 3.4. インテル® FPGA PTCの検索可能なドロップダウン・リスト 3.5. データ入力ページからの行の削除 3.6. Findダイアログボックスでのリソースの検索
3.2. インテル® FPGA PTCの主なGUIコンポーネント x
3.2.1. インテル® FPGA PTCのデータ入力ページ 3.2.2. インテル® FPGA PTCのデザイン階層 3.2.3. インテル® FPGA PTCにおけるIPの消費電力の概要 3.2.4. インテル® FPGA PTCのフィールドタイプ 3.2.5. インテル® FPGA PTCのデータ入力エラーメッセージ
3.2.2. インテル® FPGA PTCのデザイン階層 x
3.2.2.1. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorでのデザイン階層の使用 3.2.2.2. インテル® FPGA PTCへの階層情報の入力 3.2.2.3. インテル® FPGA PTCにおける階層のエクスポート、インポート、複製、名前変更、および削除 3.2.2.4. インテルFPGA PTCでの階層の一括編集
3.2.4. インテル® FPGA PTCのフィールドタイプ x
3.2.4.1. インテル® FPGA PTCの入力フィールドの依存関係
4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorのページ x
4.1. インテル® FPGA PTC - Power Summary/Navigation 4.2. インテル® FPGA PTC - 共通のページ要素 4.3. インテル® FPGA PTC - Mainページ 4.4. インテル® FPGA PTC - Logicページ 4.5. インテル® FPGA PTC - RAMページ 4.6. インテル® FPGA PTC - DSPページ 4.7. インテル® FPGA PTC - Clockページ 4.8. インテル® FPGA PTC - PLLページ 4.9. インテル® FPGA PTC - I/Oページ 4.10. インテル® FPGA PTC - Transceiverページ 4.11. インテル® FPGA PTC - HPSページ 4.12. インテル® FPGA PTC - Cryptoページ 4.13. インテル FPGA PTC - NOCページ 4.14. インテル® FPGA PTC - HBMページ 4.15. インテル® FPGA PTC - Thermalページ 4.16. インテル® FPGA PTC - Reportページ
4.3. インテル® FPGA PTC - Mainページ x
4.3.1. インテル® FPGA PTC - Device SelectionウィンドウとThermal Analysisウィンドウ
4.10. インテル® FPGA PTC - Transceiverページ x
4.10.1. インテルPower and Thermal CalculatorでのEタイルチャネルのPLL消費電力の見積もり
5. インテル® FPGA PTCの精度に影響する要素 x
5.1. トグルレート 5.2. I/Oバンクの割り当て
1. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorの概要
2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorでの消費電力の見積もり
3. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorのグラフィカル・ユーザー・インターフェイス
4. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorのページ
5. インテル® FPGA PTCの精度に影響する要素
6. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorユーザーガイドのアーカイブ
7. インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorユーザーガイド改訂履歴
A. 静的消費電力の測定

4.15. インテル® FPGA PTC - Thermalページ

インテル® FPGA Power and Thermal Calculator (PTC) の Thermal データ入力ページでは、デザインの温度要件を入力することができます。また、熱消費電力および熱解析の情報が表示されます。
注: 正しい消費電力と熱の計算を行うために、デザインおよびすべての入力値が正確かつ正しく入力されていることを確認してください。

Agilex™ FPGAポートフォリオ・デバイスに向けたThermalページ

Main ワークシートで、Power Characteristics が Maximum に設定されていることを確認し、Main または Thermal ページで、希望する Calculation mode をドロップダウン・メニューから選択します。

図 54.  インテル® FPGA Power and Thermal CalculatorのThermalページ ( Agilex™ FPGAポートフォリオ・デバイス)


上の図で、入力パラメーターは青で囲まれ、レポートフィールドは赤で囲まれています。

表 30.  入力パラメーター情報
パラメーター 詳細
Calculation Mode 使用する熱解析ソルバーの計算モードを指定します。利用可能な選択肢は次のとおりです。
  • Use a constant junction temperature - インテル® FPGA PTCは、ダイ全体で均一の温度を想定します。

    このモードを選択すると、Main ページまたは Thermal ページでジャンクション温度を入力することができます。

    注: Use a constant junction temperature モードで計算される消費電力は、使用時の実際の消費電力を表すものではありません。通常の動作時に、ダイのすべてのコンポーネントが均一な温度になることはほぼありません。実際の内容により近い消費電力を得るには、熱計算機を利用する他の計算モードを使用します。
  • Find cooling solution for maximum junction temperature limit - インテル® FPGA PTCは、指定されているTJ を超えるダイはないものと想定し、Tcase、冷却ソリューション ΨCA、およびすべてのダイの消費電力を求めます。

    このモードを選択する場合は、最大TJ と周囲温度の値を入力します。

  • Find available thermal margin for cooling solution - インテル® FPGA PTCは、既知の冷却ソリューションと周囲温度に対する熱パラメーターを見つけます。

    このモードを選択する場合は、周囲温度とΨCA の値を入力します。

  • Find ambient temperature for specified cooling solution - PTCは、特定の冷却ソリューションと最大TJ に必要な周囲温度を求めます。

    このモードを選択する場合は、デザインに適したΨCA と最大TJ を入力します。

注: 定数ではない計算モードを選択できるようにするには、Main ページの Device selection グループボックスにある Power characteristics フィールドを Maximum に設定している必要があります。
Apply Additional Margin

詳細な熱解析結果に適用する追加マージンの量をパーセンテージで指定します。

デフォルト値は0%です。有効な値は0%から25%です。 Agilex™ 5および Agilex™ 7デバイスに推奨されるマージンは10%です。

マージンの電力に関する追加ガイダンスが必要な場合は、インテルのフィールド・アプリケーション・エンジニア (FAE) にご相談ください。

注:
  1. 0以外のマージンを設定すると、Thermal ページの合計消費電力値が インテル® FPGA PTCの他の部分で報告される消費電力よりも高くなります。
  2. 以前のバージョンの インテル® FPGA PTCで Apply Recommended Margin パラメーターが Yes に設定されており、その .ptc ファイルをインポートする場合、現在のバージョンの インテル® FPGA PTCでは、Apply Additional Margin の設定が10%であると解釈されます。
TSD Mode センサー温度を報告する方法を示します。このパラメーターは、最大ジャンクション温度や温度マージンには影響しません。
Junction temperature, TJ (°C)

パッケージ内のすべてのダイのジャンクション温度を指定することができます。

このフィールドは、選択している Calculation mode が Use a constant junction temperature の場合にのみ適用されます。

Ambient Temp, TA (°C) デバイスを冷却している空気の温度を指定することができます。
Max. Junction Temp, TJ-MAX (°C) パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度を指定することができます。
Cooling Solution ΨCA(°C/W) 計算モードに Use a constant junction temperature、Find available thermal margin for cooling solution、または Find ambient temperature for specified cooling solution を選択している場合に、冷却ソリューションを指定することができます。
表 31.  最大ΨJC と推奨される冷却ソリューション
列の見出し 詳細
Max. ΨJC (°C/W) ψJC は、パッケージ内の各ダイとパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。このフィールドは、推奨される次のΨCA の値を前提として、すべてのダイの中での最大ΨJC を示します。
Recommended ambient Temperature TA (°C) TA は、推奨される冷却ソリューションの推奨周囲温度です。
Recommended cooling solution ΨCA (°C/W) ψCA は、パッケージの統合ヒート・スプレッダー (IHS) の中心と周囲温度の間の熱抵抗です。推奨されるΨCA は、冷却ソリューションで可能な最大の熱抵抗であり、ダイのすべての部分が指定されている最大ジャンクション温度を超えないようにするものです。
Total Power (W) 総消費電力です。
表 32.  熱マージンのレポートテーブル
列の見出し 詳細
Die マージンが報告されるダイです。
  • FPGA Core: FPGA コアのマージン
  • HSSI_x_y: 指定されている高速シリアル・インターフェイス (HSSI) ダイのマージン
Power (W) 指定されているダイで消費される熱電力です。熱解析で使用される電力です。
注: Thermalページに記載されている消費電力は、現時点では悲観的なものです。報告される全体の総電力は、Power Summaryページの合計オンチップ消費電力と一致しません。
Margin Temperature (Δ°C) 指定されているダイの最大TJ に対する算出温度マージン (°C) です。
Power (ΔW) 最大TJ に達する前に、指定されているダイに追加可能な電力量 (ワット) です。

温度マージンは、指定されている最大ジャンクション温度TJ を基準にして計算されます。ソリューションはその最大TJ に対して計算されるため、1つまたは複数のダイの温度マージンが 0 になることがあります。算出される電力マージンは、同じ冷却条件を想定し、最大TJ を超える前に利用可能な電力バッファーを示します。算出される電力値は、最大 TJ に達する前に特定のダイに追加することができる電力の概算値に過ぎません。実際のマージンは、電力が追加される特定のサブシステムによって異なります。電力の増減により、必要な冷却ソリューションが変わることに注意してください。

表 33.  温度ターゲットのレポートテーブル
列の見出し 詳細
Monitor Location 温度が報告されるダイです。
  • Case: FPGAの蓋の中心の温度
  • FPGA Core: FPGAコア上の指定センサーの温度
  • HSSI_x_y: 指定されている高速シリアル・インターフェイス (HSSI) ダイの温度
Sensor 温度を報告するデジタル温度センサー (DTS) またはサーマルダイオード (TD) センサーです。
Temperature Target (°C) システム動作時の対象位置とセンサーの計算温度です。

モニターセンサーは、指定位置のシステム動作時のFPGA温度を報告します。これらのセンサーは、必ずしもダイ上の最も温度の高い位置にあるとは限らないため、デザインの実際の最大値よりも低い値を報告することがあります。

Stratix® 10デバイスに向けたThermalページ

図 55.  インテル® FPGA PTCのThermalページ ( Stratix® 10デバイス)


上の図で、入力パラメーターは青で囲まれ、レポートフィールドは赤で囲まれています。

表 34.  入力パラメーター情報
パラメーター名 詳細
Calculation Mode 使用する熱解析ソルバーの計算モードを指定します。
注: 定数ではない計算モードを選択できるようにするには、Main ページの Device selection グループボックスにある Power characteristics フィールドを Maximum に設定している必要があります。
Apply Additional Margin

詳細な熱解析結果に適用する追加マージンの量をパーセンテージで指定します。

デフォルト値は0%です。有効な値は0%から25%です。 Stratix® 10デバイスに推奨されるマージンは25%です。

マージンの電力に関する追加ガイダンスが必要な場合は、インテルのフィールド・アプリケーション・エンジニア (FAE) にご相談ください。

注:
  1. 0以外のマージンを設定すると、Thermal ページの合計消費電力値が インテル® FPGA PTCの他の部分で報告される消費電力よりも高くなります。
  2. 以前のバージョンの インテル® FPGA PTCで Apply Recommended Margin パラメーターが Yes に設定されており、その .ptc ファイルをインポートする場合、現在のバージョンのPTCでは、Apply Additional Margin の設定が25%であると解釈されます。
TSD Mode オフセット温度を提供する方法を指定します (サーマルダイオードやデジタル温度検知メカニズムなど)。
Junction temperature, TJ (°C)

パッケージ内のすべてのダイのジャンクション温度を指定します。

このフィールドは、選択している Calculation mode が Use a constant junction temperature の場合にのみ適用されます。

Ambient Temp, TA (°C) デバイスを冷却している空気の温度を指定します。
Max. Junction Temp, TJ-MAX (°C) パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度を指定します。
Cooling Solution ΨCA(°C/W) ψCA は、パッケージの統合ヒート・スプレッダー (IHS) の中心と周囲温度の間の熱抵抗です。推奨されるΨCA は、冷却ソリューションで可能な最大の熱抵抗であり、ダイのすべての部分が指定されている最大ジャンクション温度を超えないようにするものです。
Max. ΨJC (°C/W) ψJC は、パッケージ内の各ダイとパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。このフィールドは、推奨される上記ΨCA の値を前提として、すべてのダイの中での最大ΨJC を示します。
表 35.  Temperature (°C)
行の項目 詳細
Max. Junction パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度です。
FPGA Core Junction パッケージ内のダイのすべての部分で超えてはならない最大ジャンクション温度です。
Case ケース温度です。これは、推奨される上記ΨCA の値を前提とした統合ヒート・スプレッダーの上部中央の温度です。
Ambient デバイスを冷却している空気の温度です。
表 36.  Power (W)
行の項目 詳細
Total パッケージ内のすべてのダイの総消費電力を提供します。
FPGA Core コアロジックを含むメインFPGAダイの総熱消費電力です。推奨されるΨCA の値を前提としています。この消費電力は、推奨されるΨCA の値を前提として、コアダイの実際の温度で報告されます。FPGAコアダイがすべてのダイの中で最も高い温度になる場合 (ホットスポットとも呼ばれます)、この温度は、最大ジャンクション温度に等しくなる場合があります。また、ホットスポットがパッケージの他の部分 (別のダイ) にある場合は、FPGAコアの温度は低くなる場合があります。
Transceiver HSSI_0_0 推奨されるΨCA の値を前提とした HSSI_0_0 の総消費電力です。この消費電力は、推奨される上記ΨCA の値を前提として、その特定のダイの実際の温度で報告されます。この温度は、特定のダイがホットスポットである場合は、最大のジャンクション温度に等しくなる場合があります。また、ホットスポットがパッケージ内の他の部分にある場合は、低い温度になる場合があります。
注: パッケージ内の各トランシーバー・ダイでは、対応するトランシーバー・タイルでチャネルが使用されておらず、そのタイルのトランシーバー・レール (VCCR_GXB、VCCT_GXB、VCCH_GXB) が接地されている場合でも、少量の静的消費電力が報告されます。これは想定されている結果です。
HSSI_1_0
HSSI_2_0
HSSI_0_1
HSSI_1_1
HSSI_2_1
HBM Top 推奨されるΨCA の値を前提としたHBM TOPまたはHBM BOTの総熱消費電力です。

この消費電力は、推奨される上記ΨCA の値を前提として、特定のダイの実際の温度で報告されます。

この温度は、特定のダイがホットスポットである場合は、最大のジャンクション温度に等しくなる場合があります。また、ホットスポットがパッケージ内の他の部分にある場合は、低い温度になる場合があります。
Bot
表 37.  Recommended ψCA (°C/W)
行の項目 詳細
Recommended ψCA (°C/W) パッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心と周囲温度の間の熱抵抗です。テーブルの特定の行の特定のコアの温度を前提としています。各行において、これは、FPGAコアのジャンクション温度が特定の行の特定の値になるΨCA の値です。
表 38.  ΨJC (°C/W)
行の項目 詳細
FPGA Core メインFPGAコアダイとパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。推奨されるΨCA の値を前提としています。
Transceiver HSSI_0_0 HSSI_0_0 とパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。推奨されるΨCA の値を前提としています。
HSSI_1_0
HSSI_2_0
HSSI_0_1
HSSI_1_1
HSSI_2_1
HBM TOP HBM TOPまたはHBM BOTとパッケージの統合ヒート・スプレッダーの中心との間の熱抵抗です。推奨されるΨCA の値を前提としています。
BOT
表 39.  TSD Offset (°C) ( Stratix® 10 デバイスのみ)
行の項目 詳細
FPGA Core メインFPGAコアのホットスポットと、最も高い温度を伴う熱検知ダイオード (TSD) の位置における温度差です。このTSDの温度は、インテル Temperature IP Senseソフトウェアを使用して報告されます。IP検知方式を使用してTSDを読み取ると、TSDの位置がすべて読み取られ、その中で最も高い温度が報告されます。
Transceiver HSSI_0_0 対応するトランシーバー・ダイのホットスポットと、最も高い温度を伴う熱検知ダイオード (TSD) の位置における温度差です。このTSDの温度は、インテル Temperature IP Senseソフトウェアを使用して報告されます。IP検知方式を使用してTSDを読み取ると、TSDの位置がすべて読み取られ、その中で最も高い温度が報告されます。

FPGA transceiver temperature = FPGA transceiver TSD temperature measured using the IP sense method + Transceiver TSD offset

インテル Temperature IP Senseソフトウェアを使用してTSDのオフセットを読み取っていない場合は、インテルのサポート担当に正しい TSD 温度を取得するための対応方法をお問い合わせください。

HSSI_1_0
HSSI_2_0
HSSI_0_1
HSSI_1_1
HSSI_2_1

HSSI_x_y の位置の詳細は、AN 787: Intel® Stratix® 10 Thermal Modeling and Management で、Physical Package Structure の項を参照してください。

上のテーブルでは、メインFPGAコアダイのジャンクション温度の変化に伴う熱パラメーターと消費電力の変化を示しています。各パラメーターには3つの値が提供されます。Design Max 列には、上記の推奨ΨCA を前提としたFPGAコアの温度およびその他のパラメーターが含まれています。-5°C 列には、FPGAコアの温度が Design Max 列よりも 5°C低い場合のすべてのパラメーター値が示されます。同様に、+5°C 列には、FPGAコアの温度が Design Max 列よりも 5°C高い場合のすべてのパラメーター値が示されます。+5°C 列の条件下では、パッケージ内の1つのダイの少なくとも一部が要求されている最大ジャンクション温度を超えており、さらにデバイスの最大許容値を超えている可能性があることを理解することが重要です。したがって、+5°C 列の値は、数値流体力学 (CFD) シミュレーションを目的とした消費電力の温度依存性概算としてのみ使用し、それ以外の目的には使用しないでください。

熱暴走などの極端な場合には、+/- 5度で値を計算することができない場合があります。その場合、Thermalワークシートにはエラーメッセージの ERROR: Could not calculate parameter variation with core temperature. Try adjusting TJ-MAX to obtain temperature-dependent parameters (コアの温度でパラメーターの変動を計算することができませんでした。TJ-MAX を調整し、温度に依存するパラメーターを取得してください) が表示されます。このエラーが発生した際は、上記の推奨ΨCA の値と他の値はすべて有効ですが、メインFPGAコアダイのジャンクション温度の変化に伴う熱パラメーターと消費電力の変動を示すテーブルには、一部無効な値が含まれます。エラーテキストが示すように、最大ジャンクション温度を調整することで、FPGAコアの温度範囲が通常の範囲とは異なりますが、熱解析ソルバーでこの依存関係を計算できる場合があります。

関連情報
レベル 2 の表題