在Versal ACAP中，同一個(gè)CLB內(nèi)同一列的LUT是可以級(jí)聯(lián)的，這是與前一代FPGA UltraScale+系列的一個(gè)顯著不同點(diǎn)。這里我們先看看Versal中LUT的結(jié)構(gòu)，如下圖所示（圖片來源：Figure4, am005）。

可以看到，一個(gè)LUT6（6輸入LUT）是由4個(gè)LUT4（4輸入LUT）外加一些MUX（數(shù)據(jù)選擇器）共同構(gòu)成。同時(shí)，LUT6有4個(gè)輸出端口。其中，prop端口只有在LUT用作進(jìn)位邏輯時(shí)使用，且在CLB外部不可見。用做6個(gè)輸入的邏輯函數(shù)發(fā)生器時(shí)，輸出在O6端口；雙LUT5模式時(shí)，輸出在O5_1和O5_2端口。同時(shí)還可以注意到，多了一個(gè)級(jí)聯(lián)端口cascade_in，該端口用于與前一級(jí)LUT的O6輸出相連接。級(jí)聯(lián)端口不需要手工連接，工具會(huì)自動(dòng)判斷是否使用該端口。

我們看一個(gè)具體的案例，如下圖所示。輸入a為6bits，b為5bits，a/b分別執(zhí)行異或位縮減運(yùn)算（^a，^b），然后再將兩者結(jié)果執(zhí)行邏輯與。顯然a的異或位縮減運(yùn)算會(huì)占用一個(gè)LUT6，b的異或位縮減運(yùn)算與后續(xù)的與門共同消耗一個(gè)LUT6。

上述電路圖布線后打開Schematic視圖，鎖定其中的兩個(gè)LUT6，如下圖所示。

進(jìn)一步在Device視圖中可以看到具體的物理連接方式，如下圖所示?？梢钥吹綀D片下方的LUT由O6輸出，并連接到上方LUT的級(jí)聯(lián)端口。

再從時(shí)序角度看，這里我們?cè)O(shè)定時(shí)鐘頻率為600M，在時(shí)序報(bào)告中，可以看到這部分的延遲（兩個(gè)LUT之間的布線延遲）為0.019ns。整個(gè)設(shè)計(jì)的WNS為0.923ns。

同樣的設(shè)計(jì)，如果在UltraScale+中執(zhí)行，結(jié)果如下圖所示，可以看到兩個(gè)LUT相距很遠(yuǎn)，因?yàn)閁ltraScale+中的LUT是不支持級(jí)聯(lián)的，這就要消耗CLB外部的布線資源。

從時(shí)序角度看，這部分的延遲為0.205ns，顯然大了很多。

綜上所示，我們可以得出如下結(jié)論：

LUT的級(jí)聯(lián)可以有效降低關(guān)鍵路徑上的延遲，同時(shí)減少CLB外部布線資源的消耗。這對(duì)于緩解布線擁塞非常有利。還要注意的是這種級(jí)聯(lián)僅限于同一個(gè)CLB中的同一列LUT，且級(jí)聯(lián)方向由下至上，這意味著級(jí)聯(lián)所用到的布線資源都在CLB內(nèi)部，而不會(huì)消耗CLB外部布線資源。

編輯：jq