®
www.xilinx.com
Introducing the XilinxSpartan Series
High Performance, Low Cost FPGAswith on-chip SelectRAM Memory
B:\bm_grfcs\sp_g\spartan_logo.jpg
®
www.xilinx.com
Xilinx Spartan Series FPGAs
Xilinx 4000
Heritage
Total Cost Management
Advanced Process
Technology
>80 MHz Performance
On-chip SelectRAM
Software and cores
Smallest die size
Low packaging cost
Low test cost
B:\bm_grfcs\sp_g\sspartan_logo.jpg
®
www.xilinx.com
Xilinx Spartan Families
Complete High Volume FPGA Solution
—Spartan: 5 Volt with up to 40K System Gates
—Spartan-XL: 3.3 Volt with up to 40K System Gates
—Xilinx Alliance and Foundation Software
Process technology leap
XC4000 heritage
—Most successful FPGA architecture
No compromises
—Performance, RAM, Cores & Low Price
®
www.xilinx.com
Advanced Process
Light upward diagonal
Core
core-limited
I/O pads
Gate count
determines
die size
Spartan Die Size for High I/O package
Nearly Equivalent to Gate Arrays
pad-limited
Core
I/O pads
I/O count
determines
die size
®
www.xilinx.com
Chip
Combines 3.3 V operation with 0.25 benefits
Spartan-XL FamilyAdvanced 0.35m Process
Transistor gates 0.35
Allows 3.3 V supply
All other features 0.25
—Small size
—Low capacitance
—Performance
—Low power
®
www.xilinx.com
The industry’s BEST high volume FPGA solution!!
Xilinx Spartan Series Benefits
Xilinx has changed the rules!
—No more compromises
—Gates-only solutions are no longer required
Spartan Series delivers key ASIC requirementswith all the FPGA advantages
—Performance
—On-chip SelectRAM Memory
—Cores
—Low price
®
www.xilinx.com
      5 Volt ->XCS05XCS10XCS20XCS30XCS40
   3.3 Volt ->XCS05XLXCS10XLXCS20XLXCS30XLXCS40XL
System Gates 2K-5K3K-10K7K-20K10K-30K13K-40K
Logic Cells23846695013681862
Max Logic Gates3,0005,00010,00013,00020,000
Flip-Flops360616112015362016
Max RAM bits3,2006,27212,80018,43225,088
Max Avail. I/O77112160192224
Performance80MHz80MHz80MHz80MHz80MHz
Xilinx Spartan Series Devices
No Compromises:
Performance, RAM, Cores, and Low Price
®
www.xilinx.com
XCS##XL-3PC84C
XCS = Spartan
XL = 3.3 Volt
no XL = 5 Volt
## = System Gates
Spartan Naming
Spartan part name uses “System Gates”
—Includes both RAM and Logic
–High end of current published gate range
—Matches ASIC industry terminology
—Consistent with future FPGA families
®
www.xilinx.com
             5 VoltXCS05XCS10XCS20XCS30XCS40
             3.3 VoltXCS05XLXCS10XLXCS20XLXCS30XLXCS40XL
PC84PC84
VQ100VQ100VQ100VQ100
TQ144TQ144TQ144
CS144 (XL)CS144 (XL)
PQ208PQ208PQ208
PQ240PQ240
BG256BG256
CS280 (XL)CS280 (XL)
Spartan Series FootprintCompatibility
Highest volume ASIC plastic packages
Footprint compatible in common packages
®
www.xilinx.com
Pinout Compatibility
Complete pinout compatibility within SpartanSeries
Not directly pinout-compatible withXC4000/XC5200
—Differences in Mode pins
Spartan PQ208 pinouts optimized to add additionalI/O
®
www.xilinx.com
Performance
  5200          4000E         Spartan       Spartan-XL
E-1
E-2
-4
-3
-4
-3
XL-5
XL-4
Spartan Speed Grades
Higher speed grade = higher performance
®
www.xilinx.com
Speed, IP/Core Support
Price
FPGAs
without RAM
FPGAs with RAM
ASIC
Spartan Series Fills
 the FPGA
Price-Performance
and RAM  “Gap”
Spartan Series Meets ASICRequirements:Price and Performance
®
www.xilinx.com
0%
25%
50%
75%
100%
On-Chip Memory
Scan Test
Micro- controller
Peripherals
Analog
Many CORES require RAM
(PCI, DSP, USB, etc.)
ASIC IP/CORE Usage
Source: Dataquest
Spartan Series Meets ASICRequirements: Cores/IP & RAM
Use of Memory in ASICs grew from 65% in 1995 to 78% in 1997
®
www.xilinx.com
Unit Cost
Development
Cost
Unit Cost
Development
Cost
NRE
Lost
Opportunity
Cost of
Ownership
Per Unit  ($)
FPGA
ASIC
FPGA Cost of Ownership Advantage
No test vectors required
Limited or no simulation
Automatic Place and Route
Re-spins in hours not months
Faster Time-to-Market
No NRE
1x
2x
10x
Spartan Series Meets ASICRequirements: Low Price
®
www.xilinx.com
Total Cost Management
Leading edge process technology
—Smallest die size of any FPGA with on-chip RAM
Focused package offering
—Low-power architecture allows use of highest volumeplastic packages
Streamlined test flow
—Lower cost test hardware
—Built-in self test features and shorter test times
Optimized manufacturing flows
®
www.xilinx.com
0
1
2
3
4
0.6 FPGA
2LM
0.6 FPGA
3LM
0.5 FPGA
3LM
Advanced
0.5 FPGA
Assembly
Test
Silicon
Relative Cost
1993
1995
1996
Spartan Series addresses all aspects of cost
1997
Majority of cost is backend (assembly, test,overhead)
Spartan Series die arepad limited
Total Cost Management
®
www.xilinx.com
20K
40K
200K
100K
10K Gates Per Dollar in 1999!
10K Gates Per Dollar in 1999!
$10$10
$5$5
Spartan-XL
Spartan-II
System Gates
1997                  1998              1999            2000             2001                  2002              2003              2004
C:\Data\temp\spartan3.gif
Spartan-III
30K
10K
C:\Data\temp\spartan3.gif
30K
100K
Spartan-III
500K
40K
Price projections are for 250Ku, least-expensive package, slowest speed grade
K:\images\spxlsm.gif
H:\xroads\spartan2cd\images\spartan2_300.gif
Priced for High-Volume Leadership
®
www.xilinx.com
SystemLogicVolume
PkgGatesCellsPrice*
XCS05XLPC845,000238$2.49
XCS10XLPC8410,000466$3.50
XCS20XLVQ10020,000950$4.25
XCS30XLVQ10030,0001368$5.50
XCS40XLPQ20840,0001836$7.40
Under $3 for 5,000 Gates!!
*100Ku minimum volume, slowest speed grade
Spartan-XL Family Pricing
®
www.xilinx.com
Any
5 V
device
Spartan-XL FPGA
Advanced 0.35
3.3V Core
3.3V I/O
5V
3.3V
5V
3.3V
Meets TTL
Levels
Spartan-XL Family VoltageCompatibility
Spartan-XL inputs accept 5V signals
Spartan-XL outputs drive standard TTL
100% compatible in 5 volt environment
®
www.xilinx.com
       1998               1999                 2000
Spartan
$395
per 5K gates
Spartan
$395
per 5K gates
Price
Spartan-XL
$249
per 5K gates
Spartan-XL
$249
per 5K gates
0.35 5LM
SpartanII
 up to
100K gates
 
 
SpartanII
 up to
100K gates
 
 
0.5 3LM
2.5 Volt
Higher Density + More Features
Without Compromises
Pricing competitive with ASICs
High Performance
On-chip SelectRAMTM
PCI LogiCORE + AllianceCORE
3.3 Volt
5 Volt
*Prices are for 100K units, slowest speed, lowest cost package
0.25 5LM
Spartan
Next Generation
 up to
200K gates
 
 
Spartan
Next Generation
 up to
200K gates
 
 
1.8 Volt
0.18
Higher Speed
Lower Power
Power Down Mode
FPGA Price Leadership
B:\bm_grfcs\sp_g\sspartan_logo.jpg
®
www.xilinx.com
Spartan CLB
Two 4-inputLUTs andone3-input LUT
Two edge-triggeredFFs
®
www.xilinx.com
Spartan IOB
®
www.xilinx.com
C:\data\ppt\1PORT.GIF
Single-Port RAM
Synchronous write, asynchronous read
16 x 2 or 32 x 1 max per CLB
®
www.xilinx.com
C:\data\ppt\2PORT.GIF
Dual-Port RAM
One common synchronouswrite port
Two asynchronousread ports
16 x 1 max per CLB
®
www.xilinx.com
16
x
1
16
x
2
32
x
1
Edge-
Triggered
Timing
Single-
Port
Dual-
Port
X
X
X
X
X
X
Supported RAM Modes
Per CLB:
®
www.xilinx.com
32 bits
A0
A1
A2
A3
A4
O1
2 bits
D
Q
D
Q
Q1
Q2
CLB
CLB
D1
D2
WE
CLK
D1
RAM Provides 16X the Storage ofFlip-Flops
32 bits Vs. 2 bits of storage
32 x 8 shift register with RAM = 11 CLBs
—Using flip-flops, takes 128 CLBs for data alone
®
www.xilinx.com
Rev.
Software Capability        2.1i
Spartan Libraries        X
Spartan-XL LibrariesX
Spartan ImplementationX
Spartan Speed FileX
Spartan-XL ImplementationX
Spartan-XL Speed File         Service Pack
Software Support for Spartan
®
www.xilinx.com
XC4000E Library ComponentsNot Allowed in Spartan Designs
No Asynchronous RAM
—No RAM16X1, RAM32X1
–Only RAM16(32)X1S, RAM16X1D, ROM16X1
No Edge Decoders
—No DECODEx
No Wired-AND
—No WANDx or WOR2AND
Mode Pins Not Usable as I/O
—No MD0, MD1, MD2
®
www.xilinx.com
New Features in Spartan-XLFamily
Higher speed (-4/-5)
8 flexible global low-skew buffers (BUFGLS)
CLB latches
Input Fast Capture Latch
Output multiplexer or lookup table
3.3V supply for low power with 5V tolerance
—Programmable 3V input clamp for 3V PCI
—Programmable 24 mA output drive for 5V PCI
Power-down pin
Improved boundary scan
Express parallel configuration mode
®
www.xilinx.com
C:\Data\template\xilinx_pci.tif
Standard Chip
External PLD7K Gates
7K Gates Logic
Component cost 100K units
Standard ChipPCI Master I/F
XCS20XL-4 TQ144*
C:\Data\template\logicore.tif
C:\Data\template\Xilinx_PCI.gif
Solution <$7
Solution <$7
PCI Master I/F
*Supported devices:
 XCS20XL
 XCS30XL
 XCS40XL
C:\Data\temp\spartan3.gif
Power by
$5
$20
$10
$15
Costs Less Than Standard ICs
®
www.xilinx.com
C:\Data\temp\spartan3.gif
*Prices are for 100K units, plastic package
XCS30XL Percentage of Effective
Core Function Price Device Used Function Cost
UART$6.9517%$1.30
16-bit RISC Processor$6.9536%$2.60
16-bit, 16-tap$6.9527%$2.00
Symmetrical FIR Filter
Reed-Solomon Encoder$6.956%$0.50
LogiCORE PCI32 Spartan$8.2545%$3.80
(in PQ208)
CORE Solutions
®
www.xilinx.com
Spartan AdvantagesOver Altera Flex 6K/10K
SelectRAM
Cores
—PCI and DSP LogiCORE
—AllianceCORE
Density
—Five devices at both 3.3V and 5V
Performance
—12% faster
®
www.xilinx.com
Altera Flex 6000
Flex 6000 = Lower Price Replacement for 8K
—Based upon 1994 XC5200 technology
—Positioned as “first” Gate Array replacement FPGA
6000 Advantages
Improved Flex 8K routing
Less expensive than 10K
Equivalent performance to 8K
Faster than XC5200
6000 Disadvantages
Limited devices available today
No RAM, no I/O Flip-Flops
Limited footprint compatibility
Slower than Spartan/XC4000
Non-Segmented Interconnect
Limited software support
®
www.xilinx.com
System Features Comparison
®
www.xilinx.com
* A logic cell is a 4 input Look up table and a Flip-Flop
** XL and A represent 3.3V devices for Xilinx and Altera respectively
 
Only 1 device for 5V,
  3 devices for 3.3V
5 devices for 5V and
  5 devices for 3.3V
Max
Xilinx
Logic
Altera
Max
I/O
Device
Cells
Device
I/O
77
XCS05/XL
238
112
XCS10/XL
466
880
EPF6010A
117
160
XCS20/XL
950
1320
EPF6016/A
204/171
192
XCS30/XL
1368
205
XCS40/XL
1862
1960
EPF6024A
218
Spartan Series vs. Altera 6000/A
®
www.xilinx.com
Spartan Series vs. Altera 10K
* A logic cell is a 4 input Look up table and a Flip-Flop
** XL and A represent 3.3V devices for Xilinx and Altera respectively
Only 2 low density 3.3Vdevices
5 devices for 5V and
  5 devices for 3.3V
®
www.xilinx.com
Xilinx Footprint CompatibilityLeadership vs. FLEX 6K/A
Spartan
Altera 6K
Spartan-XL
Altera 6KA
5 Volt
3.3 Volt
BG256
PQ240
PQ208
TQ144
VQ100
PC84
XCS05
XCS10
XCS20
XCS30
XCS40
6016
6010A
6016A
6024A
XCS05XL
XCS10XL
XCS20XL
XCS30XL
XCS40XL
®
www.xilinx.com
Xilinx Footprint CompatibilityLeadership vs. FLEX 10K/A
Spartan
Altera 10K
Spartan-XL
Altera 10KA
5 Volt
3.3 Volt
BG356
BG256
PQ240
PQ208
TQ144
VQ100
PC84
XCS05
XCS10
XCS20
XCS30
XCS40
10K10
10K20
10K30
XCS05XL
XCS10XL
XCS20XL
XCS30XL
XCS40XL
 10K10A
10K30A
®
www.xilinx.com
Spartan-XL Provides LowestPower K Factor
0
10
20
30
40
50
60
10KE
XCS30XL
6KA
10KA
Spartan
6K
10K
2.5V
3.3V
5.0V
SpartanXLK Factor = 11
®
www.xilinx.com
Addresses the key needs of high-volume logic users
No Compromises
High Performance
On-Chip SelectRAMTM
Wide range of IP and CORE solutions
—PCI LogiCORE + AllianceCORE
Fully integrated software support
Volume Pricing competitive with ASICs