Integrirani krug IC čip Elektronička komponenta XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

Atributi proizvoda

Prijavite pogrešku u informacijama o proizvodu

Pogledaj slično

Dokumenti i mediji

Ekološke i izvozne klasifikacije

Niz vrata koji se može programirati na terenu

Apoljem programabilni niz vrata(FPGA) jeintegrirani krugdizajniran da ga konfigurira kupac ili dizajner nakon proizvodnje – otuda i taj izrazpolje-programabilno.Konfiguracija FPGA općenito se specificira pomoću ajezik opisa hardvera(HDL), sličan onome koji se koristi za anintegrirani sklop specifičan za primjenu(ASIC).Dijagrami strujnih krugovaprije su se koristili za određivanje konfiguracije, ali to je sve rjeđe zbog pojaveautomatizacija elektroničkog dizajnaalata.

FPGA sadrži niz odprogramabilan logički blokovi, i hijerarhiju rekonfigurabilnih interkonekcija koji omogućuju povezivanje blokova zajedno.Logički blokovi mogu se konfigurirati za izvođenje složenihkombinacijske funkcije, ili se ponašajte jednostavnologička vrataKaoIiXOR.U većini FPGA, logički blokovi također uključujumemorijski elementi, što može biti jednostavnoJapankeili potpunije blokove memorije.^[1]Mnogi FPGA mogu se reprogramirati za implementaciju različitihlogičke funkcije, omogućujući fleksibilanrekonfigurabilno računalstvokako se izvodi uračunalni softver.

FPGA imaju izuzetnu ulogu uugrađeni sustavrazvoj zbog njihove sposobnosti pokretanja razvoja softvera sustava istovremeno s hardverom, omogućavanja simulacija performansi sustava u vrlo ranoj fazi razvoja i dopuštanja raznih probnih procesa sustava i iteracija dizajna prije finaliziranja arhitekture sustava.^[2]

Povijest[Uredi]

Industrija FPGA proizašla je izprogramabilna memorija samo za čitanje(MATURALNA) iprogramabilni logički uređaji(PLD-ovi).I PROM i PLD imali su mogućnost programiranja u serijama u tvornici ili na terenu (programiranje na terenu).^[3]

Alteraosnovana je 1983. godine i isporučila je prvi reprogramabilni logički uređaj u industriji 1984. godine – EP300 – koji je sadržavao kvarcni prozor u paketu koji je korisnicima omogućavao da osvijetle ultraljubičastu lampu na matricu kako bi izbrisaliEPROMćelije koje su držale konfiguraciju uređaja.^[4]

Xilinxproizveo prvi komercijalno održiv terenski programibilanniz vrata1985. godine^[3]– XC2064.^[5]XC2064 je imao programabilna vrata i programibilne interkonekcije između vrata, početak nove tehnologije i tržišta.^[6]XC2064 je imao 64 konfigurabilna logička bloka (CLB), s dva tri ulazatablice pretraživanja(LUT-ovi).^[7]

Godine 1987.,Središte pomorskog površinskog ratovanjafinancirao eksperiment koji je predložio Steve Casselman za razvoj računala koje bi implementiralo 600 000 reprogramabilnih vrata.Casselman je bio uspješan i patent povezan sa sustavom izdan je 1992.^[3]

Altera i Xilinx nastavili su bez izazova i brzo rasli od 1985. do sredine 1990-ih kada su se pojavili konkurenti, koji su izgubili značajan dio njihovog tržišnog udjela.Do 1993. Actel (sadaMicrosemi) opsluživao je oko 18 posto tržišta.^[6]

1990-e bile su razdoblje brzog rasta za FPGA, kako u sofisticiranosti sklopova tako iu obujmu proizvodnje.Početkom 1990-ih FPGA su se prvenstveno koristile utelekomunikacijaiumrežavanje.Do kraja desetljeća, FPGA su se našli u potrošačkim, automobilskim i industrijskim aplikacijama.^[8]

Do 2013. Altera (31 posto), Actel (10 posto) i Xilinx (36 posto) zajedno su predstavljali približno 77 posto tržišta FPGA.^[9]

Tvrtke poput Microsofta počele su koristiti FPGA za ubrzavanje računalno intenzivnih sustava visokih performansi (poputpodatkovni centrikoji upravljaju svojimBing tražilica), zbogučinak po vatuprednost FPGA donosi.^[10]Microsoft je počeo koristiti FPGA zaubrzatiBing je 2014., a 2018. počeo implementirati FPGA u radnim opterećenjima drugih podatkovnih centara za svojeAzurno računalni oblakplatforma.^[11]

Sljedeći vremenski okviri pokazuju napredak u različitim aspektima dizajna FPGA:

Vrata

• 1987: 9000 vrata, Xilinx^[6]
• 1992.: 600 000, Odjel pomorskog površinskog ratovanja^[3]
• Rane 2000-e: milijuni^[8]
• 2013.: 50 milijuna, Xilinx^[12]

Veličina tržišta

• 1985: Prvi komercijalni FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987.: 14 milijuna dolara^[6]
• c.1993.: >385 milijuna dolara^{[6][neuspjela provjera]}
• 2005.: 1,9 milijardi dolara^[13]
• Procjene za 2010.: 2,75 milijardi dolara^[13]
• 2013.: 5,4 milijarde dolara^[14]
• Procjena za 2020.: 9,8 milijardi dolara^[14]

Dizajn počinje

Apočetak dizajnaje novi prilagođeni dizajn za implementaciju na FPGA.

• 2005: 80.000^[15]
• 2008.: 90.000^[16]

Oblikovati[Uredi]

Suvremeni FPGA imaju velike resurselogička vratai RAM blokovi za implementaciju složenih digitalnih izračuna.Budući da FPGA dizajni koriste vrlo brze I/O brzine i dvosmjerne podatkeautobusi, postaje izazov provjeriti točan vremenski raspored valjanih podataka unutar vremena postavljanja i vremena zadržavanja.

Tlocrtno planiranjeomogućuje raspodjelu resursa unutar FPGA kako bi se zadovoljila ova vremenska ograničenja.FPGA se mogu koristiti za implementaciju bilo koje logičke funkcije kojaASICmože izvesti.Mogućnost ažuriranja funkcionalnosti nakon otpreme,djelomična rekonfiguracijadijela dizajna^[17]i niski jednokratni inženjerski troškovi u odnosu na ASIC dizajn (bez obzira na općenito višu jediničnu cijenu), nude prednosti za mnoge primjene.^[1]

Neki FPGA imaju analogne značajke uz digitalne funkcije.Najčešća analogna značajka je programabilnabrzina usporavanjana svakom izlaznom pinu, omogućujući inženjeru da postavi niske stope na malo opterećene pinove koji bi inačeprsteniliparneprihvatljivo, i postaviti veće stope na jako opterećenim pinovima na brzim kanalima koji bi inače radili presporo.^[18][19]Također su uobičajeni kvarcnikristalni oscilatori, oscilatori otpor-kapacitivnost na čipu ifazno zaključane petljes ugrađenimnaponski upravljani oscilatorikoristi se za generiranje i upravljanje taktom, kao i za brzi serijalizator-deserijalizator (SERDES) prijenos taktova i oporavak takta prijamnika.Dosta česti su diferencijalniusporednicina ulaznim pinovima dizajniranim za spajanjediferencijalna signalizacijakanala.Nekoliko "mješoviti signalFPGA” imaju integriranu periferijuanalogno-digitalni pretvarači(ADC) idigitalno-analogni pretvarači(DAC) s analognim blokovima za kondicioniranje signala koji im omogućuju da rade kaosustav-na-čipu(SoC).^[20]Takvi uređaji brišu granicu između FPGA, koji nosi digitalne jedinice i nule na svom internom programibilnom međusklopu, ipoljem programabilni analogni niz(FPAA), koji prenosi analogne vrijednosti na svojoj internoj programibilnoj strukturi povezivanja.