产品编号：1501013
高性能FPGA计算加速卡
( B-PCIE-SFPP )
数据手册
( Data Sheet )
Version 1.0
清华大学设备仪器厂智能计算研发中心 | 清华仪器
1 板卡概述
1.1 板卡简介
B-PXIE-SFPP是一款基于PCI Express总线的高性能FPGA计算加速卡。作为基于服务器的PCI Express数据采集、处理、存储设备，该板卡可以实现2通道万兆光纤网络数据的高速采集、实时处理、实时记录和宽带回放，强大的FPGA处理性能，可以实现百万门级的硬件加速，方便用户进行复杂的逻辑处理与算法运算。
该板卡采用了Altera的Stratix IV GX系列FPGA处理器，并支持行业标准的外围设备、连接器以及丰富的接口，该系列的FPGA处理器，具有低抖动、兼容性、平衡性的高速串行收发器，能够在SATA、HSMC或万兆光口上以最高8.5Gbps的速率运行。
该板卡为标准PCI Express全高卡，适合于主流的服务器或工作站。该板卡能够提供超高速数据传输速率和强大的计算处理能力，可满足大型服务器和磁盘阵列之间的高速数据交换，在大数据中心及复杂的IT环境下，可支持更高的虚拟化密度和优化服务器使用率，特别适合于计算密集型应用、军用或民用高带宽数据传输、服务器大数据处理、高速信号处理算法等特殊应用场景，也可在图形图像采集分析、雷达信号处理、电信网络、通信基站等场景发挥其强大的功能。
板卡具有独特的动态电源管理技术，能够提供功耗和虚拟最优化的存储网络连接，简化数据中心的环境，方便客户使用。
1.2 功能框图
图1-1 板卡功能框图
1.3 硬件指标
q 标准PCI Express全高卡，符合PCIe规范；
q 板载1片Altera Stratix IV系列高性能FPGA处理器；
q 板载2组64位 4GB DDR2 SDRAM（SODIMM）内存；
q 板载1片256Mbits BPI Flash；
q 板载18Mb SSRAM静态缓存单元；
q 板载1KB EEPROM用于少量数据存储；
q 板载1片SD CARD；
q 具有8路SATA 3.0接口；
q 具有2个SMB高速串行扩展接口；
q 具有2个HSMC高速连接器，用于子卡的扩展；
q 具有4个按钮、4个拨码开关、4个LED灯、8位DIP开关；
q 具有2路千兆以太网口；
q 具有2个独立的七段数码显示管；
q 具有2路SFP光纤接口；
q 具有1个USB主/从控制器接口；
q 板载高精度有源晶振。
1.4 功能特性
q FPGA处理器性能：
Ø FPGA处理器型号：EP4SGX530NF45I3N；
Ø 逻辑资源：共有212480个ALMs，共有531K个LEs，共有424960个寄存器；
Ø 存储器资源：共有20736Kbit嵌入式存储器资源，共有6640Kbit MLAB存储器资源；
Ø 乘法器资源：共有1024个18x18bits乘法器资源；
Ø 时钟资源：共有88个Regional时钟网络，112个Periphery时钟网络，12个PLL；
Ø IO资源：共有1932个PIN；
Ø 高速串行收发器：共有48个高速串行收发器：其中32个支持8.5Gbps，16个支持6.5Gbps；
Ø PCIE核：共有4个PCIE硬核资源；
q 存储性能：
Ø 动态存储：支持2组SO-DIMM DDR2 SDRAM；
最高可工作在400MHz时钟频率，最大理论带宽可达102Gbps，高达8GByte吞吐能力；
Ø Flash存储器：支持256Mb BPI Flash，16位数据总线；
Ø 静态存储性能：支持18Mb ZBT SSRAM；
Ø IIC EEPROM：支持1KByte EEPROM;
Ø SD卡：支持SPI以及SD 1-bit两种SD Card读取模式；
q 时钟性能：
Ø 3个可编程PLL；
Ø HSMA与HSMB均具有收发器时钟源；
Ø SATA接口150MHz时钟源；
Ø 1路FPGA LVDS时钟源；
Ø 1路50MHz时钟源；
Ø 1路100MHz LVDS时钟源；
q 接口性能：
Ø 千兆以太网口：支持2路千兆以太网口，采用外部PHY模式，FPGA内嵌EMAC；
Ø 光纤接口：支持2路SFP+光纤接口，最高支持8.5Gbps线速率；
Ø HSMC接口：支持2组HSMC扩展接口，每组分别具有x8 8.5Gbps的高速串行接口，和x82个普通IO接口；
Ø SATA接口：支持8路SATA3.0接口，支持6.0Gbps线速率，可以做为主设备或从设备；
Ø USB接口：支持1个USB主/从控制器；
完全符合通用串行总线规范2.0修订版标准；
支持高速数据传输、全速与低速数据传输；
支持USB主设备或者从设备；
支持3种USB接口；
支持PIO和DMA方式；
Ø 多媒体接口：支持1个HDMI显示输出接口；
最高支持1920x1080分辨率；
支持热插拔；
Ø PCIe主机接口：支持x8 PCIe gen2，线速率达到5Gbps；
Ø SMA接口：
2个SMA连接器用于收发器的外部时钟输入；
4个SMA用于LVDS的时钟输入；
2个SMA用于时钟输出；
1个SMA用于外部时钟输入；
2个SMB用于高速串行收发器的扩展；
1.5 接口特征
q 标准x8 PCIe机械接口，支持x8与x16槽位。
q 前面板具有2路千兆以太网口。
q 前面板具有2路SFP LC光纤接口。
1.6 软件支持
q FPGA的软件支持包含：
Ø 完整的DDR2控制程序；
Ø FPGA的PCIe链路控制程序；
Ø FPGA的光纤接口程序；
Ø FPGA的千兆以太网口测试程序；
Ø FPGA的SATA3.0主控测试程序；
Ø FPGA的高速HSMC互联测试程序；
Ø USB接口程序；
Ø SD CARD读写测试程序；
Ø BPI Flash读写测试程序；
Ø EEPROM读写测试程序；
Ø SRAM读写测试程序；
q 演示DEMO程序：
Ø PCIE链路演示DEMO；
Ø HSMC子卡互联DEMO；
Ø SATA存储DEMO；
1.7 应用场景
q 服务器硬件加速；
q 高速光纤通道采集；
q 图形图像处理；
q 算法验证平台。
1.8 物理与电气特征
物理与电气特征
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板卡尺寸
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106.65 x 167.55 mm
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板卡供电
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2A max@12VDC(±5%)
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散热方式
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风冷散热
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1.9 环境参数
工作环境
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工作温度
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-40°~+85°C（工业级）
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存储温度
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-55°~+125°
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工作湿度
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5%~95%，非凝结
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1.10 可靠性指标
可靠性指标
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使用寿命
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＞10年
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MTTR
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<20分钟
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MTBF
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10,000,000小时
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质量标准
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1.11 与DE4对比
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对比项目
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DE4高阶开发平台
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B-PCIE-SFPP计算卡
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备注
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FPGA型号
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型号：EP4SGX530KH40C2N
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型号：EP4SGX530NF45I3N
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高速串行收发器
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32个（8.5Gbps）
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48个（8.5Gbps/6.5Gbps）
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PIN数量
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1517个
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1932个
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温度范围
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商业级
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工业级
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接口类型
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4个千兆以太网口
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2个千兆网口+2个万兆光口
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多媒体接口
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无
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1个HDMI显示输出接口
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EEPROM容量
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1Kbit
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1KByte
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SATA接口
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4路
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8路
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高速扩展接口
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2组HSMC
（共12个GT扩展）
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2组HSMC+2组SMB接口
（共18个GT扩展）
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GT为高速串行收发器
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2 订购信息
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具体型号
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产品描述
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备注
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交货期
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B-PCIE-SFPP
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高性能FPGA计算加速卡
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工业级
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4周内
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