Consumo de FPGAs

[Juan Manuel Yañez]

Buenos días

Necesitaría saber alguna forma de calcular el consumo eléctrico de una FPGA (como la iCEstick o la Alhambra II).

¿Alguien me podría ayudar?

Un saludo

[Jesus Arias]

El consumo depende del diseño, así que estos datos son sólo orientativos de la placa ICECREAM:

 45mA en la alimentación de 3.3V (FPGA, cortex-M0, Flash SPI, SRAM, USB-Serie, LEDs)

 15mA en la alimentación de 1.2V (sólo en FPGA)

Para un diseño que incluye un RiscV @ 20MHz, con PLL, RAM interna y lectura de Flash SPI.

En total son unos 166mW, muy poca potencia.

Saludos

[charli va]

Hola Juan Manuel, como te comenta Jesús, realmente el consumo de las FPGAs es muy bajo en general.

Si lo que quieres estimar el consumo muy muy ajustado por un cálculo de baterías o algo similar puedes hacer algo muy sencillo como utilizar un medidor de consumo usb, te paso una búsqueda en amazon aunque no me gusta hacer publicidad pero por si no los conoces para saber de lo que hablamos:

https://www.amazon.es/s?k=medidor+de+consumo+usb&__mk_es_ES=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&crid=1RKT32509PTR2&sprefix=medidor+de+consumo+usb%2Caps%2C113&ref=nb_sb_noss_1

esto es muy útil yo tengo uno que tiene varios puertos usb de distintos formatos para que te sea fácil conectar cualquier tipo de usb, valen entre 10 y 20 euros aprox depende de lo completo que sea.

Lo que haces es conectarlo a la tarjeta fpga que vayas a usar y luego el cable usb del ordenador al medidor. El medidor hace de puente haciendo que trabajes con normalidad pero dándote medidas en todo momento de lo que consume la tarjeta.

Como te digo esto para mi me ha sido muy útil en algunas ocasiones para saber que consumía todo el sistema por completo y luego aunque no es super exacto y más empírico que otra cosa si quieres saber lo que consume algún cambio concreto, puedes medir tu consumo general en reposo, luego añadir el cambio volver a medir y restar. Esto no es del todo exacto exacto porque pueden influir mucho el resto de componentes conectados pero si que te da una aproximación muy buena.

Y luego si estás diseñando alguna tarjeta y quieres medir realmente el consumo de la fpga como tal o de alguna parte del circuito puedes incorporar un chip como el INA226PRC , yo lo he usado en un par de proyectos y es muy interesante, se comunica por i2c y te da información real de consumo, voltajes (en mi caso lo usé para monitorizar las baterías, ponerlas a cargar, pasar a reposo si íbamos mal de energía y cosas así).

Saludos!

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[charli va]

Y por descontado siempre puedes usar un multímetro que tenga función de medida de corriente.

[email...@gmail.com]

Hola Juan Manuel,

En el caso de la Alhambra II el consumo está entre 30 y 40mA, dependiendo del estado de los LEDs. Este es el consumo base en reposo y para diseños sencillos, como ha dicho Jesús esto depende del diseño cargues en la FPGA y de la frecuencia de reloj.

Saludos, Eladio

[Juan Manuel Yañez]

Muchas gracias a todos

Tengo que hacer un trabajo académico en el que se compara el consumo energético de una FGPA respecto a un PLC tradicional para el control automático de procesos. Seguramente pruebe con uno de los dispositivos que comenta Carlos, no los conocía y creo que me pueden servir.

Un saludo y gracias de nuevo por vuestro tiempo

[charli va]

Hola Juan Manuel!,

si no quieres comprarte el cacharro o de cara al trabajo puede que quede mucho mejor que te montes un sistema de medición (yo como profesor valoraría mucho más el esfuerzo de entender como funciona la base de lo que estás haciendo que el comprar algo que te solucione), pero esto a tu elección por supuesto.

También valora que si tenéis algún laboratorio o similar en tu centro de estudios, muchas de las fuentes de laboratorio ya te informan de la corriente suministrada.

Por si te puede ayudar, he echado un rato y he montado un pequeño prototipo de medición de corriente por si te vale de algo,realmente es muy sencillo y al final ayuda a entender los aparatos de medida habituales que tenemos.

Símplemente necesitas colocar un polímetro normalito (el que voy a usar para esta prueba es un multímetro super económico pero que va bastante bien).

Lo único que hay que hacer para medir el el consumo de corriente y así luego poder sacar la potencia consumida es colocar el multímetro en serie con la alimentación y ponerlo en modo de medida de amperaje.

Como en general nuestras placas de FPGA se alimentan por USB , voy a hacer el ejemplo con este sistema de alimentación, pero podrías hacer el mismo ejercicio si alimentaras desde una fuente cualquiera independientemente del usb, eso dependerá sobre qué placa vayas a hacerlo.

Siguiendo con el USB, podrías coger un cable , cortarlo y conectar todos los cables (GND, D+ y D-) y dejar los dos extremos de VCC libres, para conectar ahí el polímetro.

Yo en este caso he preferido montarme una breadboard porque los comentarios de Jesús me han motivado a hacer algunas pruebas en los próximos días que me han parecido interesantes. y con la breadboard me da juego a pinchar más elementos más fácilmente.

Para la breadboard he utilizado unas plaquitas que llevan ya el conector usb , y he conectado todas las lineas con su correspondiente menos el VCC que lo he dejado abierto con dos cables para conectar a cada borna del polímetro.

Estos sockets usb ya preparados los venden y son ultrabaratos y muy cómodos para pruebas rápidas, pero podrías incluso montar una pequeña plaquita de pruebas de medida soldando unos sockets que puedas reciclar de cualquier cacharro roto que tengas por ahí.

Ahora hay que poner en serie el polímetro, ten cuidado si lo intentas porque si lo conectaras en paralelo podrías quemar algo XD. Si no lo has usado nunca en este sentido, fíjate que en polímetro en la parte inferior tenemos tres bornas de conexión.  GND está en medio y a los lados tienes dos bornas, la de la derecha, la más habitual de uso es con la que medimos los voltios, la continuidad, etc y la de la izquierda es para el amperaje.

Así que en este caso conectamos a la borna roja de medición de amperaje y conectamos cada sonda a un extremo de VCC, en la siguiente foto se ve todo el montaje, nuestro "puente usb" conectado al hub como si fuera tu dispositivo y tu cable normal que sueles conectar a tu fpga a la salida del "puente":

Y ya está, podrás ver en tiempo real la medida de consumo de nuestras queridas FPGAs y en tu caso cuando conectes el PLC.

Como ha dicho Eladio si ves en la imagen la alhambra está en reposo (cargué un bitstream que no hace nada) y el consumo son unos 77mA

He cargado uno de los ejemplos que enciende leds alternativamente y el consumo sube un poquito:

Espero que te valga de ayuda!

Para ver esta conversación en el sitio web, visita https://groups.google.com/d/msgid/fpga-wars-explorando-el-lado-libre/b6e03860-f39c-487e-ac8f-1ff24dbedce2n%40googlegroups.com.

[Juan Manuel Yañez]

Hola Carlos

Gracias por las molestias que te has tomado. En el caso de mi trabajo creo que simplemente obteniendo los resultados del consumo sería suficiente (lo más cómodo me parece el dispositivo que me has recomendado). De todos modos lo comentaré con mi director de TFG, a ver qué le parece utilizar un multímetro siguiendo tus indicaciones.

Un saludo