(Anyar & Asli) Stok 3S200A-4FTG256C Chip IC XC3S200A-4FTG256C

Atribut Produk

 Field Programmable Gate Array

 Aarray gerbang sing bisa diprogram lapangan(FPGA) iku sawijiningsirkuit terpadudirancang kanggo dikonfigurasi dening pelanggan utawa desainer sawise manufaktur - mula istilah kasebutlapangan-programmable.Konfigurasi FPGA umume ditemtokake nggunakake abasa deskripsi hardware(HDL), padha karo sing digunakake kanggosirkuit terpadu khusus aplikasi(ASIC).Diagram sirkuitsadurunge digunakake kanggo nemtokake konfigurasi, nanging iki saya langka amarga tekane sakaotomatisasi desain elektronikpiranti.

FPGA ngemot macem-macembisa diprogram blok logika, lan hirarki interkoneksi sing bisa dikonfigurasi maneh supaya blok bisa disambungake bebarengan.Blok logika bisa dikonfigurasi kanggo nindakake kompleksfungsi kombinasional, utawa tumindak minangka prasajagerbang logikakayaLANlanXOR.Ing paling FPGAs, pamblokiran logika uga kalebuunsur memori, sing bisa uga prasajasandal jepitutawa pamblokiran luwih lengkap memori.^[1]Akeh FPGAs bisa reprogrammed kanggo ngleksanakake bedafungsi logika, ngidini fleksibelkomputasi reconfigurableminangka dileksanakake ingpiranti lunak komputer.

FPGA duwe peran sing luar biasasistem embeddedpembangunan amarga kemampuane kanggo miwiti pangembangan piranti lunak sistem bebarengan karo hardware, ngaktifake simulasi kinerja sistem ing tahap awal pembangunan, lan ngidini macem-macem uji coba sistem lan iterasi desain sadurunge ngrampungake arsitektur sistem.^[2]

Sajarah[nyunting]

Industri FPGA sprouted sakamemori mung diwaca sing bisa diprogram(PROM) lanpiranti logika programmable(PLD).PROM lan PLD loro-lorone duwe pilihan kanggo diprogram ing batch ing pabrik utawa ing lapangan (field-programmable).^[3]

Alteradidegaké ing 1983 lan ngirim piranti logika reprogrammable pisanan ing industri ing 1984 - EP300 - sing nampilake jendhela kuarsa ing paket sing ngidini pangguna madhangi lampu ultra-violet ing die kanggo mbusakEPROMsel sing nyekel konfigurasi piranti.^[4]

Xilinxngasilake lapangan-programmable pisanan komersial sregepsusunan gerbanging taun 1985^[3]- XC2064.^[5]XC2064 nduweni gerbang sing bisa diprogram lan interkoneksi sing bisa diprogram ing antarane gerbang, wiwitane teknologi lan pasar anyar.^[6]XC2064 duwe 64 blok logika sing bisa dikonfigurasi (CLB), kanthi rong input telu.tabel goleki(LUT).^[7]

Ing taun 1987, ingNaval lumahing Warfare Centermbiayai eksperimen ngajokaken dening Steve Casselman kanggo ngembangaken komputer sing bakal ngleksanakake 600.000 gapura reprogrammable.Casselman sukses lan paten sing ana hubungane karo sistem kasebut diterbitake ing taun 1992.^[3]

Altera lan Xilinx terus tanpa tantangan lan cepet tuwuh wiwit taun 1985 nganti pertengahan 1990-an nalika pesaing muncul, ngrusak bagean sing signifikan saka pangsa pasar.Ing taun 1993, Actel (saikiMikrosemi) nglayani babagan 18 persen pasar.^[6]

Taun 1990-an minangka periode pertumbuhan cepet kanggo FPGA, ing kecanggihan sirkuit lan volume produksi.Ing wiwitan taun 1990-an, FPGA utamane digunakake ingtelekomunikasilanjaringan.Ing pungkasan dasawarsa, FPGA nemokake dalan menyang aplikasi konsumen, otomotif, lan industri.^[8]

Ing taun 2013, Altera (31 persen), Actel (10 persen) lan Xilinx (36 persen) bebarengan makili kira-kira 77 persen pasar FPGA.^[9]

Perusahaan kaya Microsoft wis wiwit nggunakake FPGA kanggo nyepetake kinerja dhuwur, sistem komputasi intensif (kayatapusat datasing operate singMesin telusur Bing), amarga sakakinerja saben wattkauntungan FPGAs ngirim.^[10]Microsoft wiwit nggunakake FPGAs kanggonyepetakeBing ing 2014, lan ing 2018 wiwit nyebarake FPGA ing beban kerja pusat data liyane kanggoAzure komputasi awanplatform.^[11]

Garis wektu ing ngisor iki nuduhake kemajuan ing macem-macem aspek desain FPGA:

gapura

• 1987: 9.000 gapura, Xilinx^[6]
• 1992: 600.000, Naval Surface Warfare Department^[3]
• Awal 2000-an: mayuta-yuta^[8]
• 2013: 50 yuta, Xilinx^[12]

Ukuran pasar

• 1985: FPGA komersial pisanan: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 yuta^[6]
• c.1993: > $385 yuta^{[6][verifikasi gagal]}
• 2005: $1,9 milyar^[13]
• 2010 prakiraan: $ 2,75 milyar^[13]
• 2013: $ 5,4 milyar^[14]
• 2020 perkiraan: $ 9.8 milyar^[14]

Desain diwiwiti

Awiwitan desainminangka desain khusus anyar kanggo implementasine ing FPGA.

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

Desain[nyunting]

FPGAs kontemporer duwe sumber daya gedhe sakagerbang logikalan pamblokiran RAM kanggo ngleksanakake komputasi digital Komplek.Minangka desain FPGA nggunakake tarif I / O sing cepet banget lan data bidirectionalbis, dadi tantangan kanggo verifikasi wektu sing bener saka data sing bener ing wektu persiyapan lan wektu ditahan.

Tata lantaimbisakake alokasi sumber daya ing FPGA kanggo nyukupi watesan wektu kasebut.FPGAs bisa digunakake kanggo ngleksanakake sembarang fungsi logis singASICbisa nindakake.Kemampuan kanggo nganyari fungsi sawise dikirim,konfigurasi maneh sebageansaka bagean saka desain^[17]lan biaya engineering non-ambalan kurang relatif kanggo desain ASIC (sanajan biaya unit umume luwih), nawakake kaluwihan kanggo akeh aplikasi.^[1]

Sawetara FPGA duwe fitur analog saliyane fungsi digital.Fitur analog sing paling umum yaiku programmabletingkat mateniing saben pin output, saéngga engineer kanggo nyetel tarif kurang ing lencana dimuat entheng sing bakal digunakakeringutawapasanganora biso ditompo, lan kanggo nyetel tarif sing luwih dhuwur ing pin akeh banget dimuat ing saluran-kacepetan dhuwur sing digunakake bakal mbukak alon banget.^[18][19]Uga umum yaiku kuarsa-osilator kristal, ing-chip resistance-kapasitansi osilator, lanloop sing dikunci fasekaro ditempelakeosilator sing dikontrol voltasedigunakake kanggo generasi jam lan Manajemen uga kanggo kacepetan dhuwur serializer-deserializer (SERDES) ngirim jam lan panrima Recovery jam.Cukup umum yaiku diferensialkomparatoring pin input dirancang kanggo disambungake menyangsignaling diferensialsaluran.sawetara"sinyal campuranFPGAs" wis terpadu peripheralkonverter analog menyang digital(ADCs) lankonverter digital-to-analog(DACs) karo pamblokiran kahanan sinyal analog ngidini kanggo operate minangka asistem-on-a-chip(SoC).^[20]Piranti kaya mengkono kabur garis ing antarane FPGA, sing nggawa digital lan nol ing kain interkoneksi internal sing bisa diprogram, lanarray analog sing bisa diprogram lapangan(FPAA), sing nggawa nilai analog ing kain interkoneksi sing bisa diprogram internal.

Blok logika[nyunting]

Artikel utama:Blok logika

Ilustrasi sederhana sel logika (LUT-Tabel goleki, FA-Penambah lengkap, DFF -D-jinis flip-flop)

Arsitèktur FPGA paling umum kasusun saka Uploaded sakablok logika(disebut blok logika sing bisa dikonfigurasi, CLB, utawa blok array logika, LAB, gumantung saka vendor),bantalan I/O, lan saluran nuntun.^[1]Umumé, kabeh saluran nuntun duwe jembar sing padha (jumlah kabel).Multiple I / O bantalan bisa pas menyang dhuwur siji baris utawa jembaré siji kolom ing Uploaded.

"Sirkuit aplikasi kudu dipetakan menyang FPGA kanthi sumber daya sing nyukupi.Nalika nomer CLBs / LAB lan aku / Os dibutuhake gampang ditemtokake saka desain, nomer trek nuntun needed bisa beda-beda banget malah antarane desain karo jumlah logika padha.(Contone, asaklar palangmbutuhake luwih akeh nuntun saka asusunan sistolikkaro count gerbang padha.Amarga trek rute sing ora digunakake nambah biaya (lan nyuda kinerja) bagean kasebut tanpa menehi keuntungan, pabrikan FPGA nyoba nyedhiyakake trek sing cukup supaya paling akeh desain sing cocog karo syarattabel goleki(LUTs) lan I / Os bisadituntun.Iki ditemtokake dening prakiraan kayata sing asalé sakaAturan nyewautawa kanthi eksperimen karo rancangan sing wis ana."^[21]Ing 2018,jaringan-on-chiparsitektur kanggo nuntun lan interconnection lagi dikembangaké.^{[kutipan dibutuhake]}

Umumé, blok logika kasusun saka sawetara sel logis (disebut ALM, LE, irisan lsp).Sel khas kasusun saka 4-input LUT, apenambah lengkap(FA) lan aD-jinis flip-flop.Iki bisa dipérang dadi rong LUT 3-input.Ingmode normalsing digabungake menyang 4-input LUT liwat pisananmultiplexer(musik).Ingaritmetikamode, output sing dipakani menyang adder.Pilihan mode diprogram menyang mux kapindho.Output bisa uga salah sijisinkronutawaora sinkron, gumantung ing program saka mux katelu.Ing laku, kabeh utawa bagean saka penambah ikudisimpen minangka fungsimenyang LUTs kanggo nyimpenpanggonan.^[22][23][24]

Blok keras [nyunting]

Kulawarga FPGA modern ngembangake kemampuan ing ndhuwur kanggo nyakup fungsi tingkat sing luwih dhuwur sing tetep ing silikon.Duwe fungsi umum sing ditempelake ing sirkuit nyuda area sing dibutuhake lan menehi fungsi kasebut tambah kacepetan dibandhingake karo mbangun saka primitif logis.Conto kasebut kalebumultipliers, umumDSP pamblokiran,prosesor ditempelake, logika I / O kacepetan dhuwur lan ditempelakekenangan.

FPGA sing luwih dhuwur bisa ngemot kacepetan dhuwurtransceiver multi-gigabitlaninti hard IPkayatainti prosesor,Ethernet unit kontrol akses medium,PCI/PCI Expresspengontrol, lan pengontrol memori eksternal.Intine iki ana ing sandhinge kain sing bisa diprogram, nanging digawe sakatransistortinimbang LUTs supaya padha duwe ASIC-tingkatkinerjalankonsumsi dayatanpa nggunakake jumlah pinunjul saka sumber daya kain, ninggalake luwih saka kain free kanggo logika aplikasi-tartamtu.Transceiver multi-gigabit uga ngemot input analog lan sirkuit output kanthi kinerja dhuwur bebarengan karo serializer lan deserializer kanthi kacepetan dhuwur, komponen sing ora bisa dibangun saka LUT.Fungsi lapisan fisik tingkat sing luwih dhuwur (PHY) kayatakode barisbisa utawa ora bisa dipun ginakaken bebarengan serializers lan deserializers ing logika hard, gumantung ing FPGA.