Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド: デザイン最適化

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ID 683641
日付 7/08/2024
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. デザイン最適化の概要 2. デザイン・ネットリストの最適化 3. ネットリストの最適化と物理合成 4. エリアの最適化 5. タイミング収束と最適化 6. デザイン・フロアプランの解析および最適化 7. ECO コンパイルフローの使用 8. Quartus® Prime プロ・エディションデザイン最適化ユーザー ガイドのアーカイブ A. Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド
1. デザイン最適化の概要 x
1.1. FPGA デバイスのデザイン初期段階の考慮事項 1.2. 初期コンパイルの設定 1.3. 最適化のトレードオフおよび制限 1.4. デザインの視覚化および最適化ツール 1.5. デザイン最適化の概要の改訂履歴
1.1. FPGA デバイスのデザイン初期段階の考慮事項 x
1.1.1. デバイス移行の考慮事項
1.2. 初期コンパイルの設定 x
1.2.1. 初期 I/O 割り当てのガイドライン 1.2.2. 初期のタイミング制約のガイドライン
1.3. 最適化のトレードオフおよび制限 x
1.3.1. エリアの縮小に伴うトレードオフ 1.3.2. クリティカル・パスの遅延短縮に伴うトレードオフ 1.3.3. 消費電力の低減に伴うトレードオフ 1.3.4. コンパイル時間のトレードオフ
1.4. デザインの視覚化および最適化ツール x
1.4.1. デザイン視覚化ツール 1.4.2. デザイン最適化ツール
2. デザイン・ネットリストの最適化 x
2.1. Netlist Viewer を使用するタイミング 2.2. Netlist Viewer による Quartus® Prime デザインフロー 2.3. RTL Viewer の概要 2.4. Technology Map Viewer の概要 2.5. Netlist Viewer のユーザー・インターフェイス 2.6. 回路図 2.7. ソース・デザイン・ファイルと他の Quartus® Primeウィンドウのクロスプローブ 2.8. 他の Quartus® Primeウィンドウからの Netlist Viewer のクロス・プロービング 2.9. タイミングパスの表示 2.10. デザイン・ネットリストの最適化の文書改訂履歴
2.3. RTL Viewer の概要 x
2.3.1. RTL Viewer での可読性の最大化 2.3.2. RTL Viewer の実行
2.5. Netlist Viewer のユーザー・インターフェイス x
2.5.1. Netlist Navigator ペイン 2.5.2. Properties ペイン 2.5.3. Netlist Viewer の Find ペイン
2.6. 回路図 x
2.6.1. 複数タブ表示での回路図の表示 2.6.2. 回路図記号 2.6.3. 回路図ビューでのアイテムの選択 2.6.4. 回路図ビューのショートカット・メニュー・コマンド 2.6.5. 回路図ビューでのフィルタリング 2.6.6. 回路図ビューでのノード内容の表示 2.6.7. 回路図ビューでノードの移動 2.6.8. Technology Map Viewer での LUT 表現の表示 2.6.9. ズーム・コントロール 2.6.10. Bird's Eye View を使用した回路図内の移動 2.6.11. ページへの回路図の分割 2.6.12. 回路図ページでのネットのフォロー
3. ネットリストの最適化と物理合成 x
3.1. 物理合成最適化 3.2. 合成ネットリストの最適化 3.3. スクリプティング・サポート 3.4. ネットリストの最適化と物理合成改訂履歴
3.1. 物理合成最適化 x
3.1.1. 物理合成最適化の有効化と無効化 3.1.2. 物理合成のオプション
3.2. 合成ネットリストの最適化 x
3.2.1. WYSIWYG プリミティブ再合成
3.3. スクリプティング・サポート x
3.3.1. 合成ネットリストの最適化 3.3.2. 物理合成最適化
4. エリアの最適化 x
4.1. リソース使用率 4.2. リソース使用率の最適化 4.3. スクリプティング・サポート 4.4. エリア最適化改訂履歴
4.1. リソース使用率 x
4.1.1. Flow Summary レポート 4.1.2. フィッターレポート 4.1.3. デザイン・アシスタントの推奨事項 4.1.4. Analysis & Synthesis レポート 4.1.5. コンパイル・メッセージ 4.1.6. Chip Planner による視覚化
4.1.2. フィッターレポート x
4.1.2.1. Route Stage のレポート
4.1.2.1. Route Stage のレポート x
4.1.2.1.1. Nets with Highest Wire Count レポート 4.1.2.1.2. Delay Chain Summary レポート 4.1.2.1.3. Top Congested Hierarchies および Nets レポート 4.1.2.1.4. Global Route レポート
4.2. リソース使用率の最適化 x
4.2.1. リソース使用率の問題の概要 4.2.2. I/O ピンの使用または配置 4.2.3. ロジックの使用率または配置 4.2.4. 配線
4.2.2. I/O ピンの使用または配置 x
4.2.2.1. ガイドライン: ピン割り当ての変更、またはより大きなパッケージの選択
4.2.3. ロジックの使用率または配置 x
4.2.3.1. ガイドライン: ソースコードの最適化 4.2.3.2. ガイドライン: スピードではなくエリア最適化に向けた合成 4.2.3.3. ガイドライン: マルチプレクサーの再構築 4.2.3.4. ガイドライン：Balanced 設定または Area 設定での WYSIWYG プリミティブ 再合成の実行 4.2.3.5. ガイドライン: レジスターパッキングの使用 4.2.3.6. ガイドライン：フッター制約の削除 4.2.3.7. ガイドライン: 合成中の階層のフラット化 4.2.3.8. ガイドライン：メモリーブロックのターゲット変更 4.2.3.9. ガイドライン: エリア削減のための物理合成オプションの使用 4.2.3.10. ガイドライン: DSP ブロックのターゲット変更およびバランス化 4.2.3.11. ガイドライン：より大きなデバイスの使用 4.2.3.12. ガイドライン: グローバル信号の輻輳の低減 4.2.3.13. ガイドライン: パイプライン情報レポート
4.2.4. 配線 x
4.2.4.1. ガイドライン：Auto Packed Registers を Sparse または Sparse Auto に設定する 4.2.4.2. ガイドライン：Fitter Aggressive Routability最適化をAlwaysに設定する 4.2.4.3. ガイドライン：Router Effort Multiplier を増加する 4.2.4.4. ガイドライン：フッター制約の削除 4.2.4.5. ガイドライン: 配線に向けた合成の最適化 4.2.4.6. ガイドライン: ソースコードの最適化 4.2.4.7. ガイドライン：より大きなデバイスの使用
4.3. スクリプティング・サポート x
4.3.1. 初期コンパイル設定 4.3.2. Resource Utilization Optimizationの手法
5. タイミング収束と最適化 x
5.1. マルチコーナータイミングの最適化 5.2. クリティカル・パスの最適化 5.3. クリティカル・チェーンの最適化 5.4. タイミング・クロージャーのデザイン評価 5.5. タイミングの最適化 5.6. Periphery to Core Register Placement and Routing Optimization 5.7. スクリプティング・サポート 5.8. タイミング・クロージャーと最適化の改訂履歴
5.2. クリティカル・パスの最適化 x
5.2.1. クリティカル・パスの表示
5.3. クリティカル・チェーンの最適化 x
5.3.1. クリティカル・チェーンの可視化
5.4. タイミング・クロージャーのデザイン評価 x
5.4.1. メッセージの確認 5.4.2. フィッター・ネットリスト最適化の評価 5.4.3. 最適化結果の評価 5.4.4. リソース使用率の評価 5.4.5. その他のレポートの評価と設定の調整 5.4.6. クラスタリングの難易度の評価 5.4.7. 変更と再コンパイル
5.4.4. リソース使用率の評価 x
5.4.4.1. グローバルおよび非グローバル信号の使用 5.4.4.2. 配線使用率の評価 5.4.4.3. ホールドに向けて追加された配線の評価
5.5. タイミングの最適化 x
5.5.1. Design Assistant のルール違反の訂正 5.5.2. Fast Forward Timing Closure Recommendations の実装 5.5.3. タイミングパスの詳細の確認 5.5.4. オプションのフィッター設定 5.5.5. バック・アノテーションが最適化された割り当て 5.5.6. Design Space Explorer II を使用した最適化設定 5.5.7. Exploration Dashboard を使用したコンパイル結果の集約と比較 5.5.8. I/O タイミングの最適化手法 5.5.9. レジスター間のタイミング最適化に向けた設定 5.5.10. メタスタビリティーの解析と最適化手法
5.5.2. Fast Forward Timing Closure Recommendations の実装 x
5.5.2.1. Retiming Limit Details レポート 5.5.2.2. Fast Forward タイミング・クロージャーの推奨事項
5.5.2.1. Retiming Limit Details レポート x
5.5.2.1.1. Retiming Limit Details レポートの使用
5.5.2.2. Fast Forward タイミング・クロージャーの推奨事項 x
5.5.2.2.1. Fast Forward タイミング・クロージャーの推奨事項の生成 5.5.2.2.2. Fast Forward 推奨事項の実装
5.5.3. タイミングパスの詳細の確認 x
5.5.3.1. Report Timing 5.5.3.2. ロジック深度レポート 5.5.3.3. 近隣パスレポート 5.5.3.4. レジスター分布レポート 5.5.3.5. Report Route Net of Interest レポート 5.5.3.6. リタイミング制約レポート 5.5.3.7. パイプライン情報レポート 5.5.3.8. CDC Viewer レポート 5.5.3.9. タイミング・クロージャーの推奨事項 5.5.3.10. グローバル・ネットワーク・バッファー 5.5.3.11. リセットとグローバル・ネットワーク 5.5.3.12. 設定が疑わしい場合 5.5.3.13. オートシフト・レジスターの交換 5.5.3.14. クロッキング・アーキテクチャー
5.5.3.10. グローバル・ネットワーク・バッファー x
5.5.3.10.1. ソースの位置 5.5.3.10.2. 挿入遅延 5.5.3.10.3. ファンアウト 5.5.3.10.4. Global Signal の割り当て
5.5.4. オプションのフィッター設定 x
5.5.4.1. ホールド・タイミングの最適化 5.5.4.2. フィッターによる配線可能性の積極的な最適化
5.5.6. Design Space Explorer II を使用した最適化設定 x
5.5.6.1. DSE II コンピューティング・リソース 5.5.6.2. DSE II 最適化パラメーター 5.5.6.3. DSE II 結果の管理 5.5.6.4. DSE II の実行
5.5.7. Exploration Dashboard を使用したコンパイル結果の集約と比較 x
5.5.7.1. 集約のユースケース 5.5.7.2. 比較のユースケース 5.5.7.3. Exploration Dashboard のオブジェクト・プロパティー・モデル 5.5.7.4. Exploration Dashboard の開始方法
5.5.7.3. Exploration Dashboard のオブジェクト・プロパティー・モデル x
5.5.7.3.1. Exploration Dashboard の基本的なプロパティー 5.5.7.3.2. Project Handle プロパティー 5.5.7.3.3. Project Group のオブジェクトとプロパティー 5.5.7.3.4. ワークスペースのオブジェクトとプロパティー
5.5.8. I/O タイミングの最適化手法 x
5.5.8.1. I/O タイミング制約 5.5.8.2. タイミング・ロジック・オプションの IOC レジスター配置の最適化 5.5.8.3. Fast Input Register、Fast Output Register、およびOutput Enable Register 5.5.8.4. プログラマブル遅延 5.5.8.5. PLLを使用するクロック・エッジのシフト方法 5.5.8.6. 高速リージョナル・クロック・ネットワークとリージョナル・クロック・ネットワークの使用方法 5.5.8.7. スパイン・クロックの制限
5.5.9. レジスター間のタイミング最適化に向けた設定 x
5.5.9.1. ソースコードの最適化 5.5.9.2. レジスター間のタイミング改善 5.5.9.3. 物理合成最適化 5.5.9.4. Power Optimization During Synthesis を Normal Compilation へ設定する 5.5.9.5. エリアではなくパフォーマンスに向けた合成の最適化 5.5.9.6. 合成中の階層のフラット化 5.5.9.7. シンセシス・エフォートをHighへ設定する 5.5.9.8. 加算器ツリー形式の変更 5.5.9.9. ファンアウトを制御するためのレジスターの複製 5.5.9.10. シフトレジスターの推論の防止 5.5.9.11. 合成ツール内で使用可能な他の合成オプションを使用する 5.5.9.12. フィッターシード 5.5.9.13. 最大ルータタイミング最適化レベルを設定する 5.5.9.14. レジスター間のタイミング解析
5.5.9.9. ファンアウトを制御するためのレジスターの複製 x
5.5.9.9.1. レジスターの手動複製 5.5.9.9.2. レジスターの自動複製 5.5.9.9.3. レジスターの自動複製
5.5.9.14. レジスター間のタイミング解析 x
5.5.9.14.1. 障害が発生しているパスを解析する際のヒント 5.5.9.14.2. クロックドメインを交差する問題のあるパスを解析する際のヒント 5.5.9.14.3. クリティカル・パス分析のヒント 5.5.9.14.4. コンパイル間のクリティカル・パスをモニターする .tcl スクリプト作成のヒント 5.5.9.14.5. グローバル配線リソース 5.5.9.14.6. RAM および DSP の登録
5.6. Periphery to Core Register Placement and Routing Optimization x
5.6.1. Advanced Fitter Setting のダイアログボックスで Periphery を Core Optimizations に設定する 5.6.2. Assignment Editor での Periphery to Core Optimizations の設定 5.6.3. Fitter レポートでペリフェラルからコアまでの最適化を表示する
5.7. スクリプティング・サポート x
5.7.1. 初期コンパイルの設定 5.7.2. I/O タイミングの最適化手法 5.7.3. レジスター間のタイミング最適化に向けた設定
6. デザイン・フロアプランの解析および最適化 x
6.1. 配置アサインメントの最適化ガイドライン 6.2. Chip Planner でのデザイン・フロアプランの解析 6.3. Logic Lock の配置制約の定義 6.4. 仮想ピンの定義 6.5. デザイン・パーティションと組み合わせて Logic Lock 領域を使用する 6.6. Chip Planner でクロック領域の割り当てを作成する 6.7. スクリプティング・サポート 6.8. デザイン・フロアプランの解析および最適化改訂履歴
6.2. Chip Planner でのデザイン・フロアプランの解析 x
6.2.1. Chip Planner を起動する 6.2.2. Chip Planner GUI 6.2.3. Chip Planner でデザインエレメントを表示する 6.2.4. Chip Planner でデザインエレメントを特定する 6.2.5. Chip Planner でパスを探索する 6.2.6. Chip Planner でのアサインメントの表示 6.2.7. Chip Planner での高速および低消費電力タイルの表示 6.2.8. デザイン・パーティション配置の表示
6.2.3. Chip Planner でデザインエレメントを表示する x
6.2.3.1. Chip Planner でアーキテクチャー固有のデザイン情報を表示する 6.2.3.2. Chip Planner で利用可能なクロック・ネットワークを表示する 6.2.3.3. Chip Planner でクロックセクター使用率を表示する 6.2.3.4. Chip Planner による配線の輻輳の視覚化 6.2.3.5. Chip Planner で I/O バンクを表示する 6.2.3.6. Chip Planner で高速シリアル・インターフェイス (HSSI) を表示する 6.2.3.7. Chip Planner でソースノードおよびデスティネーション・ノードを表示する 6.2.3.8. Chip Planner でファンインおよびファンアウトを表示する 6.2.3.9. Chip Planner で直近のファンインおよびファンアウトを表示する 6.2.3.10. Chip Planner で選択したコンテンツを表示する 6.2.3.11. Chip Planner でデバイスリソースの位置および使用率を表示する 6.2.3.12. Chip Planner でクロスプロービングによるモジュールの配置を表示する
6.2.3.4. Chip Planner による配線の輻輳の視覚化 x
6.2.3.4.1. 配線の輻輳があるエリア 6.2.3.4.2. HDL コーディング・スタイルが原因の輻輳
6.2.4. Chip Planner でデザインエレメントを特定する x
6.2.4.1. 検索オプション (Chip Planner 検索)
6.2.5. Chip Planner でパスを探索する x
6.2.5.1. パスの接続の解析 6.2.5.2. タイミング解析レポートから Chip Planner へパスを探索する 6.2.5.3. 遅延の表示 6.2.5.4. 配線リソースの表示
6.3. Logic Lock の配置制約の定義 x
6.3.1. Logic Lock Regions Window 6.3.2. Logic Lock 領域の定義 6.3.3. Logic Lock 領域の形状のカスタマイズ 6.3.4. Logic Lock 領域へのデバイスピンの割り当て 6.3.5. Chip Planner で Logic Lock 領域間の接続を表示する 6.3.6. Arria® 10 FPGA の配置のベストプラクティス 6.3.7. Quartus® Prime スタンダード・エディションと Quartus® Prime プロ・エディション間の割り当ての移行
6.3.2. Logic Lock 領域の定義 x
6.3.2.1. Chip Planner での Logic Lock 領域の定義 6.3.2.2. Project Navigator から Logic Lock 領域を定義する 6.3.2.3. 配線領域の定義 6.3.2.4. 空の Logic Lock 領域を定義する 6.3.2.5. 階層的 Logic Lock 領域の定義
6.3.2.1. Chip Planner での Logic Lock 領域の定義 x
6.3.2.1.1. Logic Lock 領域のプロパティー 6.3.2.1.2. 領域へのスナップ 6.3.2.1.3. 自動サイズ領域の使用に関する考慮事項
6.3.3. Logic Lock 領域の形状のカスタマイズ x
6.3.3.1. Logic Lock 領域に新しい形状を追加する 6.3.3.2. Logic Lock 領域から形状を削除する 6.3.3.3. Logic Lock 領域をマージする 6.3.3.4. 隣接しない Logic Lock 領域の定義
6.5. デザイン・パーティションと組み合わせて Logic Lock 領域を使用する x
6.5.1. デザインの接続性と階層の視覚化
6.6. Chip Planner でクロック領域の割り当てを作成する x
6.6.1. Chip Planner でクロックの割り当てを作成する 6.6.2. Chip Planner でクロック割り当てのサイズを変更する 6.6.3. Chip Planner でクロック割り当てを移動する 6.6.4. Chip Planner でクロック領域の割り当てを削除する 6.6.5. Chip Planner でクロック領域にクロック信号を割り当てる
6.6.1. Chip Planner でクロックの割り当てを作成する x
6.6.1.1. Clock Assignment Properties ペイン
6.7. スクリプティング・サポート x
6.7.1. Tclコマンドを使用したLogic Lock割り当ての作成 6.7.2. Tcl コマンドを使用して仮想ピンを割り当てる 6.7.3. Logic Lock 領域割り当ての例
7. ECO コンパイルフローの使用 x
7.1. ECO コンパイルフロー 7.2. ECO Tcl スクリプトの例 7.3. ECO コンパイルレポートの表示 7.4. ECO コマンド 7.5. ECO コマンドの制限事項 7.6. インタラクティブ ECO フィッティング 7.7. ECO コンパイルフローの使用改訂履歴
7.4. ECO コマンド x
7.4.1. ECO コマンドのクイック・リファレンス 7.4.2. make_connection 7.4.3. remove_connection 7.4.4. modify_lutmask 7.4.5. adjust_pll_refclk 7.4.6. modify_io_slew_rate 7.4.7. modify_io_current_strength 7.4.8. modify_io_delay_chain 7.4.9. create_new_node 7.4.10. remove_node 7.4.11. place_node 7.4.12. unplace_node 7.4.13. create_wirelut
7.6. インタラクティブ ECO フィッティング x
7.6.1. eco_load_design and eco_commit_design コマンド
1. デザイン最適化の概要
2. デザイン・ネットリストの最適化
3. ネットリストの最適化と物理合成
4. エリアの最適化
5. タイミング収束と最適化
6. デザイン・フロアプランの解析および最適化
7. ECO コンパイルフローの使用
8. Quartus® Prime プロ・エディションデザイン最適化ユーザー ガイドのアーカイブ
A. Quartus® Prime プロ・エディションのユーザーガイド

5.5.9.8. 加算器ツリー形式の変更

ターゲットとする Intel FPGA およびアプリケーションに適合するよう加算器ツリーを適切に構造化することで、デザインの効率とパフォーマンスを大幅に向上させることができます。

大きな加算器ツリーを使用するアプリケーションの良い例として、有限インパルス応答 (FIR) 相関器があります。適切にパイプライン化された 2 進または 3 進加算器ツリーを使用することで、このようなアプリケーションの結果の質を大幅に向上させることができます。

ALM は最大 6 つの入力の関数を実装できるため、デフォルトのバランスの取れた 2 進ツリー実装ではなく、加算器ツリーに圧縮器を実装することで、特定のデザインのパフォーマンスを向上させることができます。圧縮器を実装することで予想されるデメリットは、より多くの ALM ロジックリソースを使用することです。しかし、全体的なロジックの深さは低くなり、最終的なタイミング特性は改善されます。

図 65. バランスの取れた 2 進加算器ツリーと圧縮された加算器ツリーの比較

改善が期待されるデザインに対しては、Use Compressor Implementation (USE_COMPRESSOR_IMPLEMENTATION) グローバル、エンティティー、またはインスタンス・アサインメントを適用することで、コンパイラーが加算器ツリーをバランスの取れた 2 進ツリーとして合成するか、圧縮器スタイルのツリーとして合成するかを指定することができます。

このアサインメントは、Assignment Editor で指定できます。また、.qsf で次の割り当てを使用し指定することもできます。 

set_instance_assignment -name USE_COMPRESSOR_IMPLEMENTATION ALWAYS -to <foo>

このアサインメントは、グローバル割り当て、エンティティー割り当て、またはインスタンス割り当てとして指定できます。代わりに、altera_attribute を使用してインスタンス割り当てを作成することもできます。例えば、次のように指定します。 

(* altera_attribute = "-name USE_COMPRESSOR_IMPLEMENTATION ALWAYS" *) module foo(a, b, c, o);

このアサインメントでは、次のオプションを利用することができます。

表 33.  Compressor 実装割り当てオプションの使用
オプション 概要
Always コンパイラーは、このアサインメントを使用してすべての加算器ツリーを常に Compressor 形式のツリーとして合成します。このアサインメントが適用されるためには、少なくとも 2 つの非定数オペランドが必要です。 (そうでない場合、合成はバイナリー加算またはサイズに応じて純粋な LUT 実装を行います。)
Never コンパイラーは、割り当てられた加算器ツリーを圧縮器として合成しません。コンパイラーは、加算器をバランスの取れた 2 進ツリーとして、または十分に小さい場合は純粋な LUT として合成します。
Auto この設定は現在、Never 設定と同じ動作をします。コンパイラーは、加算器をバランスの取れた 2 進ツリーとして、または十分に小さい場合は純粋な LUT として合成します。この設定では、Compressor 形式の加算器ツリーは使用されません。
レベル 2 の表題