XILINX FPGA簡介-型號系列分類參考

XILINX成立于1984年位于美國，全球領先的可編程邏輯器件FPGA芯片廠商。并首創了現場可編程邏輯陣列（FPGA）并催生了一個新的行業，并于1985年首次推出商業化產品。1994年，Xilinx發布了Virtex?FPGA，完成了其原始FPGA在架構和性能方面的突破。2012年，Xilinx推出了第一款28nmZynq?器件，這是一款支持應用處理器并包含緩存、內存控制器、外設、FPGA邏輯、DSP模塊和SerDes模塊的完整SoC系統。Xilinx第二代ZynqSoC（異構MPSoC）于2017年問世，并添加了新的處理引擎，目標是為正確的任務啟用正確的硬件引擎，優化復雜系統的處理要求。2018年，Xilinx發布了Alveo?數據中心加速卡，簡化了數據中心高性能、適應性強的FPGA加速的開發和部署。2019年，Xilinx發布了第一個自適應計算加速平臺(ACAP)Versal。Versal?ACAP支持多種特定領域架構(DSA)和計算結構，其核心優勢在于其作為多核通用SoC的功能，包括額外的硬件和軟件可編程引擎，以實現最佳的功率和性能權衡。

該公司研發、制造并銷售范圍廣的高級集成電路、軟件設計工具以及作為預定義系統級功能的IP（Intellectual Property）核，是FPGA、可編程SoC及ACAP的發明者。賽靈思公司（NASDAQ: XLNX）是全球完整可編程邏輯解決方案的領導廠商，占有該市場超過一半以上的份額，2008年度賽靈思公司的收入為19.1億美元。賽靈思屢獲殊榮的各種產品，包括硅片、軟件、IP、開發板、入門套件，可使設計者為多種終端市場提供應用并大縮短上市時間，包括航天/國防、汽車、消費類、工業和有線/無線通訊等。

Xilinx為包括數據中心、汽車、消費電子、工業、通信等領域提供自適應計算、AI推斷加速、AI分析、視頻轉碼多項解決方案，同時產品非常豐富：在器件方面，公司提供ACAP（自適應計算加速平臺）、FPGA、3DIC、SoC、MPSoc和RFSoC等多種產品系列；此外還包括計算和通信加速器、System-on-Modules(SOMs)、以太網適配器和軟硬件開發支持等。

其中在FPGA器件方面，Xilinx提供綜合而全面的多節點產品系列，產品工藝制程覆蓋45nm-16nm節點，無論是極致性能的先進制程產品，還是綜合最平衡的中端產品，亦或是低價穩定的低端產品，都可以從不同產品線中找到。

賽靈思公司總部設在美國加州圣何塞, 并在科羅拉多、愛爾蘭、日本和新加坡設有重要的運營設施。賽靈思于1990年在納斯達克公開上市（NASDAQ: XLNX），并在之后的每個財年都擁有良好的運營現金流。2008財政年度，公司在亞太區的收入占了全球總收入的29%。2019年1月，賽靈思與MINIEYE達成戰略合作，共同研發滿足 L0-L3 級自動駕駛需求的一站式感知解決方案。2018年3月19日，賽靈思推出全新一代AI芯片架構ACAP，并將基于這套架構推出一系列芯片新品；其中這款代號為“珠穆朗瑪峰（Everest）”的AI芯片新品將采用臺積電7nm工藝打造，2018年內實現流片，2019年向客戶交付發貨。

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Xilinx?7系列FPGA由四個FPGA系列組成，可滿足各種系統要求，從低成本、小尺寸、成本敏感的高容量應用到超高端連接帶寬、邏輯容量和信號處理能力，以滿足最苛刻的高性能應用

Xilinx于1988年發明了FPGA，并自此開始提供先進的FPGA技術。 Kintex-7產品代表該技術的巔峰之作，也是目前Xilinx 7系列最暢銷的設備。該產品系列的與眾不同之處在于它們實現了FPGA架構時鐘速率性能、低功耗、高速I / O、容量、安全性和可靠性的完美平衡。

這種高度平衡的特性集合使其非常適合用于各種測試和高性能嵌入式應用，如自定義觸發、硬件定時測試測序、醫療成像、大型物理控制和監測、超帶寬通信和雷達、信號情報、協議感知數字測試、實時視覺算法和軟件定義無線電。

新的Kintex-7 FPGA非常適用于NI FlexRIO產品線。該產品系列具有與上一代高端FPGA相同的容量和性能，但功耗卻降低了一半。功耗的降低使得每個PXI插槽具有比上一代NI FlexRIO高一倍的數字信號處理能力。而邏輯和DSP資源的增加則可幫助您使用更廣泛的信號處理和實時分析來開發更復雜的算法，以滿足當今應用日益增長的I/ O數據傳輸速率和復雜性。與此同時，Kintex-7 FPGA的高值域 I / O所具有的靈活性使得NI能夠最大限度提高與現有I / O適配器模塊的接口兼容性，使得整個產品系列能夠與各種高性能I / O無縫連接。

為了最大程度利用NI FlexRIO增強的處理能力，FPGA需要植入和移除更多的數據。Kintex-7的內置PCI Express 第二代控制器采用點對點(P2P)技術，與主機控制器之間的數據傳輸速度或直接向其他選定NI PXI模塊輸入數據的速度提高了兩倍。對于臨時存儲，DDR3內存控制器則幫助NI實現與NI PXIe-7975R 2 GB板載DRAM之間10 GB/s（理論值）的連接。

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Xilinx?7系列FPGA相關型號：

針對最高的系統性能和容量進行了優化，系統性能提高了2倍。通過堆疊硅互連（SSI）技術實現的最高性能設備

Virtex-7系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Virtex?-7系列相關型號：

XC7VX980T-1FF1930C

XC7VX690T-2FF1158I

XC7VX690T-2FFG1761I

XC7VX690T-2FFG1927I

XC7VX690T-3FFG1157I

XC7VH580T-1FLG1931C

XC7VX550T-3FF1158E

XC7VX415T-1FF1927I

XC7VX330T-L2FF1761E

XC7VX330T-L2FF1761E

XC7VX330T-3FFG1761C

Artix-7系列FPGA

針對需要串行收發器和高DSP和邏輯吞吐量的低功耗應用進行了優化。為高吞吐量、成本敏感的應用程序提供最低的物料清單總成本

Artix-7系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Artix?-7系列相關型號：

XC7A200T-2SBG484I

XC7A200T-1FF1156I

XC7A200T-L2FBG484E

XC7A200T-1SB484I

XC7A200T-L2FBG676E

XC7A100T-2FBG676I

XC7A100T-2FBG484I

XC7A100T-1CS324I

XC7A100T-3FGG484I

XC7A100T-L2FGG484E

XC7A15T-2FTG256C

Spartan-7系列FPGA

針對低成本、低功耗和高I/O性能進行了優化?？稍诘统杀?，非常小的外形尺寸封裝最小的印刷電路板的足跡

Spartan-7系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Spartan?-7系列相關型號：

XC7S15-1FTGB196C

XC7S15-2CSGA225I

XC7S25-1CSGA225I

XC7S75-2FGGA484C

XC7S75-1FGGA676I

XC7S100-L1FGGA676I

XC7S100-2FGGA676I

Zynq?-7系列：

XC7Z045-1FFG676C

XC7Z045-2FFG676C

XC7Z045-L2FFG676I

XC7Z035-L2FFG900E

XC7Z035-2FFG900I

XC7Z020-2CLG400I

XC7Z010-1CLG400C

Kintex-7系列FPGA

針對最佳性價比進行了優化，與上一代相比提高了2倍，實現了新一代FPGA

Kintex-7系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Kintex?-7系列相關型號：

XC7K410T-2FFG900I

XC7K410T-1FB676I

XC7K410T-1FF676C

XC7K410T-2FFG676I

XC7K410T-1FBG676I

XC7K410T-L2FFG676E

XC7K410T-L2FBG676E

XC7K410T-1FBG676C

XC7K355T-1FFG901I

XC7K325T-2FFG900I

XC7K325T-2FBG676I

XC7K160T-2FFG676I

XC7K70T-2FBG676C

XCKU035-L1FFVA1156I

XCKU035-L1SFVA784I

XCKU5P-L2FFVB676E

Virtex-6系列FPGA

基于采用第三代Xilinx ASMBL? 架構的40nm制造工藝，Virtex-6 FPGA系列還擁有新一代開發工具和早已針對Virtex-5 FPGA而開發的廣泛IP庫支持。這些都為多產的開發和設計移植提供了強大的支持。 與競爭廠商提供的40nm FPGA產品相比，新的Virtex-6 FPGA系列器件性能提高15%，功耗降低15%。新器件在1.0v內核電壓上操作，同時還有可選的0.9v低功耗版本。 這些使得系統設計師可在設計中采用Virtex-6 FPGA，從而支持建設“綠色”中心辦公室和數據中心。對于電信行業這一點特別重要，因為該行業正在擴展對因特網視頻和富媒體內容的支持。

Virtex-6FPGA系列包括三個面向應用領域而優化的FPGA平臺，分別提供了不同的特性和功能組合來更好地滿足不同客戶應用的需求：

Virtex-6LXT FPGA—優化目標應用需要高性能邏輯、DSP以及基于低功耗GTX 6.5Gbps串行收發器的串行連接能力。 Virtex-6SXT FPGA—優化目標應用需要超高性能DSP以及基于低功耗GTX 6.5Gbps串行收發器的串行連接能力。 Virtex-6HXT FPGA—作為優化的通信應用需要最高的串行連接能力，多達64個GTH串行收發器可提供高達11.2Gbps帶寬 。 Virtex-6 FPGA把先進的硬件芯片技術、創新的電路設計技術以及架構上的增強完美結合在一起，與前一代Virtex器件以及競爭FPGA產品相比，功耗大大降低，性能更高并且成本更低。表3-15顯示了Virtex-6FPGA系列主要技術特征。 Virtex-6系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Virtex?-6系列相關型號:

XC6VLX195T-2FFG1156C

XC6VLX130T-1FFG1156C

XC6VLX130T-1FFG784I

XC6VLX75T-1FFG784C

XC6VLX550T-1FFG1759I

XC6VCX195T-2FF1156I

XC6VHX250T-2FFG1154C

XC6VSX315T-2FFG1156I

XC6VLX365T-1FFG1156I

XC6VLX760-3FFG1760C

XC6VLX240T-2FFG1156I

XC6VSX475T-1FF1759I

XC6VSX475T-1FFG1156I

XC6VLX195T-1FFG784I

Spartan-6系列FPGA

作為Spartan FPGA系列的第六代產品，Spartan-6 FPGA系列采用可靠的低功耗45nm 9層金屬布線雙層氧化工藝技術生產。 這一新系列產品實現了低風險、低成本、低功耗以及高性能的完美平衡。 Spartan-6 FPGA系列的高效雙寄存器6輸入LUT(查找表)邏輯結構利用了可靠成熟的Virtex架構，支持跨平臺兼容性以及優化系統性能。 豐富的內建系統級模塊包括DSP邏輯片、高速收發器以及PCI Express?接口內核，也源于Virtex系列，能夠提供更高程度的系統級集成。

Spartan-6 FPGA系列專門針對成本和功率敏感的市場(如汽車娛樂、平板顯示以及視頻監控)采用了特殊技術。 新的高性能集成存儲器控制器支持DDR、DDR2、DDR3和移動 DDR存儲器，硬內核的多端口總線結構能夠提供可預測的時序和高達DDR2/DDR3 800 (400MHz)的性能。 在設計向導的支持下，為Spartan-6 FPGA構建存儲控制器的過程變得非常簡單和直接。

先進功率管理技術方面的創新以及可選的1.0v低功耗內核使得Spartan-6 FPGA能夠比前一代Spartan系列功耗降低多達65%。 快速靈活的I/O支持超過12Gbps的存儲器訪問帶寬，兼容3.3v電壓并且采用了更為綠色的RoHS兼容無鉛封裝。 Spartan-6系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Spartan?-6系列相關型號：

XC6SLX150-1FGG676C

XC6SLX100T-N3FGG676C

XC6SLX75-3CSG484C

XC6SLX25T-3CSG324I

XC6SLX25-2FTG256C

XC6SLX25T-2FGG484I

XC6SLX45T-3FGG484I

XC6SLX16-2CPG196I

XC6SLX16-2CSG225I

XC6SLX9-2FTG256C

XC6SLX9-3CPG196I

XC6SLX4-2TQG144C

Virtex-5系列FPGA

Virtex?-5 FPGA 是世界上首款 65nm FPGA 系列，采用 1.0v、三柵極氧化層工藝技術制造而成，并且根據所選器件可以提供 330,000 個邏輯單元、1,200 個 I/O 引腳、48 個低功耗收發器以及內置式PowerPC?440、PCIe? 端點和以太網 MAC 模塊。已經提供了5種系列平臺，分別是LX、LXT 、SXT、FXT、TXT，每種平臺都在高性能邏輯、串行連接功能、信號處理和嵌入式處理性能方面實現了最佳平衡。例如LX針對高性能邏輯進行了優化，LXT針對具有低功耗串行連接功能的高性能邏輯進行了優化，SXT針對具有低功耗串行連接功能的DSP 和存儲器密集型應用進行了優化。Virtex-5 FXT 則用于實現具有速率最高的串行連接功能的嵌入式處理，Virtex-5 TXT可用于實現超高帶寬應用，如有線通信與數據通信系統內的橋接、開關和集聚。 Virtex-5系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Virtex?-5系列相關型號：

XC5VLX220T-2FFG1738C

XC5VLX155-2FFG1153C

XC5VLX155-2FFG1153I

XC5VLX155-1FFG1153C

XC5VLX155-1FFG1153C

XC5VSX95T-1FFG1136I

XC5VFX70T-3FF1136C

XC5VSX50T-1FFG1136C

XC5VLX50-2FFG324C

XC5VLX50-1FFG676C

XC5VLX30T-2FF665I

Virtex-4系列FPGA

Virtex-4器件整合了高達200,000個的邏輯單元，高達500 MHz的性能和無可比擬的系統特性。Virtex-4產品基于新的高級硅片組合模塊(ASMBL)架構，提供了一個多平臺方式(LX、SX、FX)，使設計者可以根據需求選用不同的開發平臺；邏輯密度高，時鐘頻率能夠達到500MHz；具備DCM模塊、PMCD相位匹配時鐘分頻器、片上差分時鐘網絡；采用了集成FIFO控制邏輯的500MHz SmartRAM技術，每個I/O都集成了ChipSync源同步技術的1 Gbps I/O和Xtreme DSP邏輯片。其主要特點如下： 采用了90 工藝，集成了高達20萬的邏輯單元；系統時鐘500MHz； 采用了集成FIFO控制邏輯的500MHz Smart RAM 技術； 具有DCM模塊、PMCD相位匹配時鐘分頻器和片上差分時鐘網絡； 每個I/O都集成了ChipSync源同步技術的1Gbps I/O； 具有超強的信號處理能力，集成了數以百計的XtremeDSP Slice，單片最大的處理速率為 。 Virtex-4 LX平臺FPGA的特點是密度高達20萬邏輯單元，是全球邏輯密度最高的FPGA系列之一，適合對邏輯門需求高的設計應用。

Virtex-4 SX平臺提高了DSP、RAM單元與邏輯單元的比例，最多可以提供512個XtremeDSP硬核，可以工作在500MHz，其最大的處理速率為 ，并可以以其創建40多種不同功能，并能多個組合實現更大規模的DSP模塊。與Virtex-2 Pro系列相比，還大大降低了成本和功耗，具有極低的DSP成本。SX平臺的FPGA非常適合應用于高速、實時的數字信號處理領域。

Virtex-4 FX平臺內嵌了1~2個32位RISC PowerPC?處理器，提供了4個1300 Dhrystone MIPS、10/100/1000自適應的以太網MAC內核，協處理器控制器單元(APU)允許處理器在FPGA中構造專用指令，使FX器件的性能達到固定指令方式的20倍；此外，還包含24個Rocket I/O串行高速收發器，支持常用的0.6Gbps、1.25 Gbps、2.5 Gbps、3.125 Gbps、4 Gbps、6.25 Gbps、10 Gbps等高速傳輸速率。FX平臺適用于復雜計算和嵌入式處理應用。 Virtex-4系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Virtex?-4系列相關型號：

XC4VSX55-10FFG1148I

XC4VFX20-10FFG672C

XC4VFX20-12FFG672C

XC4VFX60-12FFG672C

XC4VLX160-10FFG1148C

XC4VLX160-10FFG1148I

XC4VFX40-12FFG1152C

XC4VLX100-10FF1148C

XC4VLX160-11FFG1148C

XC4VLX100-10FFG1513C

XC4VLX60-10FFG1148C

XC4VLX25-10SFG363I

XC4VLX25-10FFG668I

Spartan-3系列FPGA

Spartan-3基于Virtex-II FPGA架構，采用90技術，8層金屬工藝，系統門數超過5百萬，內嵌了硬核乘法器和數字時鐘管理模塊。從結構上看，Spartan-3將邏輯、存儲器、數學運算、數字處理器處理器、I/O以及系統管理資源完美地結合在一起，使之有更高層次、更廣泛的應用，獲得了商業上的成功，占據了較大份額的中低端市場。其主要特性如下： 采用90工藝，密度高達74880邏輯單元；最高系統時鐘為340MHz； 具有的專用乘法器； 核電壓為1.2V，端口電壓為3.3V、2.5Ｖ、1.2V，支持24種I/O標準；高達520k分布式RAM和1872k的塊RAM； 具有片上時鐘管理模塊(DCM)； 具有嵌入式Xtrema DSP功能，每秒可執行3300億次乘加。 Spartan-3A系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Spartan?-3系列相關型號：

XC3S4000-6FG676C

XC3SD1800A-4CS484LI

XC3S700AN-4FGG485C

XC3S2000-4FGG676C

XC3S50-4VQG100C

XC3S4000-4FGG676C

XC3S200-4PQG208C

XC3S100E-4CPG132C

XC3S500E-4PQG208C

XC3SD1800A-4CSG484LI

XC3S400-4FTG256C

Spartan-2系列FPGA

Spartan-2在Spartan系列的基礎上繼承了更多的邏輯資源，達到更高的性能，芯片密度高達20萬系統門。由于采用了成熟的FPGA結構，支持流行的接口標準，具有適量的邏輯資源和片內RAM，并提供靈活的時鐘處理，可以運行8位的PicoBlaze軟核，主要應用于各類低端產品中。其主要特點如下所示： 采用0.18 工藝，密度達到5292邏輯單元； 系統時鐘可以達到200MHz； 采用最大門數為20萬門，具有延遲數字鎖相環； 具有可編程用戶I/O； 具有片上塊RAM存儲資源 Spartan-2系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Spartan?-2系列相關型號：

XC2S150E-6FGG456C

XC2S200-6FGG256I

XC2S300E-6FTG256C

XC2S30-5TQG145C

XC2S50E-6PQ208C

XC2S150-5FG456C

XC2S200E-6FG457C

Vitrex-2系列FPGA

Vitrex-2系列具有優秀的平臺解決方案，這進一步提升了其性能；且內置IP核硬核技術，可以將硬IP核分配到芯片的任何地方，具有比Virtex系列更多的資源和更高的性能。其主要特征如下所示： 采用0.15/0.12 工藝； 核電壓為1.5V，工作時鐘可以達到420MHz； 支持20多種I/O接口標準； 內嵌了多個 硬核乘法器，提高了DSP處理能力； 具有完全的系統時鐘管理功能，多達12個DCM模塊。 Spartan-2E系列產品的主要技術特征如下表所示。

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Virtex?-2系列相關型號：

XC2VP40-6FFG1152I

XC2VP4-7FF672I

XC2VP100-6FF1696C

XC2V80-6FG256C

XC2VP7-6FF672C

XC2VP4-5FF672I

XC2VP20-5FFG1152C

XC2VP4-4FGG256C

XC2V40-4FG456I

XC2VP7-7FFG896C

XC2VP2-6FG256I

XC2V500-6FGG256C

XC2V40-6FF896I

XC2VP20-5FGG676C

XC2V1000-5FG456I

XQ5VFX70T-1EF1136M

XQ4VFX60-10EF672M

XCS40-3PQ208I

XCR3256XL-10TQG144I

XCKU035-2FBVA900I

XCKU040-2FFVA1156I

XCKU040-3FFVA1156I

XC18V01S021C

XC17128ELV08C

XCVU9P-2FLGA2104I

XCZU4EV-1SFVC784I

XCZU5EV-2SFVC784I

XCZU9EG-2FFVB1156I

XQ4VSX55-10FF1148M

XC95144XL-10TQG145C

XC9536XL-10PC45C

XC9536-10VQG45I

XC9572XL-7VQ44I

XILINX PROM芯片介紹:

XCF系列相關型號：

XCF01SVOG20C

XCF02SVOG20C

XCF04SVO20C

XCF08PFSG48C

XCF128XFTG64C

XCF16PFSG48C

XCF32PVO48C

賽靈思公司的Platform Flash PROM能為所有型號的Xilinx FPGA提供非易失性存儲。全系列PROM的容量范圍為1Mbit到32Mbit，兼容任何一款Xilinx FPGA芯片，具備完整的工業溫度特性(-40°C 到 +85°C)，支持IEEE1149.1所定義的JTAG邊界掃描協議。

PROM芯片可以分成3.3V核電壓的 系列和1.8V核電壓的 系列兩大類，前者主要面向底端引用，串行傳輸數據，且容量較小，不具備數據壓縮的功能；后者主要面向高端的FPGA芯片，支持并行配置、設計修訂(Designing Revisioning)和數據壓縮(Compression)等高級功能，以容量大、速度快著稱，其詳細參數如下表所示。

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該系列包含XCF01S、XCF02S和XCF04S(容量分別為：1Mb、2Mb和4Mb)，其共同特征有3.3V核電壓，串行配置接口以及SOIC封裝的VO20封裝。 內部控制信號、數據信號、時鐘信號和JTAG信號的整體結構如圖所示。

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系列有XCP08P、XCF16P和XCF32P(容量分別為：8Mb、16Mb和32Mb)，其共同特征有1.8V核電壓、串行或并行配置接口、設計修訂、內嵌的數據壓縮器、FS48封裝或VQ48封裝和內嵌振蕩器。 內部控制信號、數據信號、時鐘信號和JTAG信號的整體結構如圖3-3所示，其先進的結構和更高的集成度在使用中帶來了極大的靈活性。

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值得一提的是系列設計修正和數據壓縮這兩個功能。設計修訂功能在FPGA加電啟動時改變其配置數據，根據所需來改變FPGA的功能，允許用戶在單個PROM中將多種配置存儲為不同的修訂版本，從而簡化FPGA配置更改，在FPGA內部加入少量的邏輯，用戶就能在PROM中存儲多達4個不同修訂版本之間的動態切換。數據壓縮功能可以節省PROM的空間，最高可節約50%的存儲空間，從而降低成本，是一項非常實用的技術。當然如果編程時在軟件端采用了壓縮模式，則需要一定的硬件配置來完成相應的解壓縮。