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

Atribut produk

 Médan Programmable Gate Array

 Amédan-programmable Gerbang Asép Sunandar Sunarya(FPGA) nyaéta hijisirkuit terpadudirancang pikeun dikonpigurasikeun ku palanggan atanapi desainer saatos manufaktur - janten istilahnawidang-programmable.Konfigurasi FPGA umumna dieusian maké abasa déskripsi hardware(HDL), sarupa jeung nu dipaké pikeun hijisirkuit terpadu aplikasi-spésifik(ASIC).Diagram sirkuitsaméméhna dipaké pikeun nangtukeun konfigurasi, tapi ieu beuki jarang alatan mecenghulnaautomation design éléktronikparabot.

FPGAs ngandung hiji Asép Sunandar Sunarya tibisa diprogram blok logika, sareng hirarki interkonéksi anu tiasa dikonfigurasi deui ngamungkinkeun blok-blok tiasa dihubungkeun babarengan.Blok logika tiasa dikonpigurasi pikeun ngalakukeun kompleksfungsi kombinasional, atawa meta salaku basajanGerbang logikasigaANDjeungXOR.Dina kalolobaan FPGA, blok logika ogé kalebetelemen memori, nu bisa jadi basajanbolak balikatawa leuwih lengkep blok memori.^[1]Loba FPGAs bisa reprogrammed pikeun nerapkeun bédafungsi logika, ngamungkinkeun fléksibelkomputasi reconfigurablesakumaha dipigawé dinasoftware komputer.

FPGAs gaduh peran anu luar biasa dinasistem embeddedngembangkeun alatan kamampuhan maranéhna pikeun ngamimitian ngembangkeun software sistem sakaligus kalawan hardware, sangkan simulasi kinerja sistem dina fase pisan awal pangwangunan, sarta ngidinan sagala rupa uji coba sistem jeung iterasi desain saméméh finalizing arsitéktur sistem.^[2]

Sajarah[édit]

Industri FPGA sprouted tinamemori baca-hijina programmable(PROM) jeungalat logika programmable(PLDs).PROM sareng PLD duanana ngagaduhan pilihan pikeun diprogram dina angkatan di pabrik atanapi di lapangan (field-programmable).^[3]

Alteradiadegkeun dina 1983 sarta ngirimkeun alat logika reprogrammable munggaran di industri di 1984 - EP300 - nu nampilkeun jandela quartz dina bungkusan nu ngidinan pamaké pikeun caang lampu ultra-violet dina paeh mupusEPROMsél anu ngayakeun konfigurasi alat.^[4]

Xilinxngahasilkeun widang-programmable munggaran komersil giatsusunan gerbangtaun 1985^[3]- éta XC2064.^[5]XC2064 ngagaduhan gerbang anu tiasa diprogram sareng sambungan anu tiasa diprogram antara gerbang, awal téknologi sareng pasar énggal.^[6]XC2064 ngagaduhan 64 blok logika anu tiasa dikonfigurasi (CLB), kalayan dua tilu input.tabél lookup(LUT).^[7]

Dina 1987, étaNaval Surface Perang Centerdibiayaan percobaan diajukeun ku Steve Casselman pikeun ngembangkeun hiji komputer anu bakal nerapkeun 600.000 Gerbang reprogrammable.Casselman suksés sareng patén anu aya hubunganana sareng sistemna dikaluarkeun dina 1992.^[3]

Altera jeung Xilinx terus unchallenged sarta gancang tumuwuh ti 1985 nepi ka pertengahan 1990s nalika pesaing sprouted up, eroding bagian signifikan tina pangsa pasar maranéhanana.Ku 1993, Actel (ayeunaMikrosemi) ieu porsi ngeunaan 18 persén pasar.^[6]

Taun 1990-an mangrupikeun periode pertumbuhan gancang pikeun FPGA, boh dina kecanggihan sirkuit sareng volume produksi.Dina awal 1990s, FPGAs utamana dipaké dinatelekomunikasijeungjaringan.Nepi ka tungtun taun dasawarsa, FPGAs kapanggih jalan kana konsumen, otomotif, jeung aplikasi industri.^[8]

Ku 2013, Altera (31 persén), Actel (10 persén) jeung Xilinx (36 persén) babarengan digambarkeun kira 77 persén pasar FPGA.^[9]

Perusahaan sapertos Microsoft parantos ngamimitian nganggo FPGA pikeun ngagancangkeun kinerja tinggi, sistem komputasi intensif (sapertospuseur datanu beroperasi maranéhananamesin pencari Bing), alatan étakinerja per wattkauntungan FPGAs nganteurkeun.^[10]Microsoft mimiti ngagunakeun FPGAs pikeunngagancangkeunBing di 2014, sareng dina 2018 mimiti nyebarkeun FPGA di sakuliah beban kerja pusat data anu sanés pikeun aranjeunna.Azure komputasi awanplatform.^[11]

Garis waktos di handap ieu nunjukkeun kamajuan dina sababaraha aspék desain FPGA:

Gerbang

• 1987: 9.000 Gerbang, Xilinx^[6]
• 1992: 600.000, Naval Surface Warfare Department^[3]
• Awal 2000s: jutaan^[8]
• 2013: 50 jutaan, Xilinx^[12]

Ukuran pasar

• 1985: FPGA komérsial munggaran: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 juta^[6]
• c.1993: > $385 juta^{[6][verifikasi gagal]}
• 2005: $1,9 milyar^[13]
• 2010 perkiraan: $ 2,75 milyar^[13]
• 2013: $ 5,4 milyar^[14]
• 2020 perkiraan: $ 9,8 milyar^[14]

Desain dimimitian

Amimiti desainmangrupa desain custom anyar pikeun palaksanaan on FPGA.

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

Desain[édit]

FPGAs kontemporer boga sumberdaya badag tinaGerbang logikajeung blok RAM pikeun nerapkeun komputasi digital kompléks.Salaku desain FPGA employ laju I / O pisan gancang sarta data bidirectionalbeus, éta janten tantangan pikeun pariksa timing bener data valid dina waktu setelan jeung tahan waktu.

Tata lantaingamungkinkeun alokasi sumberdaya dina FPGAs pikeun minuhan konstrain waktos ieu.FPGAs bisa dipaké pikeun nerapkeun sagala fungsi logis nu mangrupaASICtiasa ngalaksanakeun.Kamampuhan pikeun ngapdet fungsionalitas saatos kiriman,parsial ulang konfigurasibagian tina rarancang^[17]sarta waragad rékayasa non-ulang low relatif ka desain ASIC (sanajan biaya Unit umumna luhur), nawarkeun kaunggulan pikeun loba aplikasi.^[1]

Sababaraha FPGA gaduh fitur analog salian ti fungsi digital.Fitur analog anu paling umum nyaéta programmablelaju maotdina unggal pin kaluaran, ngamungkinkeun insinyur pikeun ngeset ongkos low on pin enteng dimuat anu bakal disebutkeunngiriningatawapasanganunacceptably, sarta pikeun ngeset ongkos luhur dina pin beurat dimuat dina saluran-speed tinggi nu disebutkeun bakal ngajalankeun teuing lalaunan.^[18][19]Ogé umum nyaéta quartz-osilator kristal, on-chip lalawanan-capacitance osilator, jeungputeran fase-dikoncikalawan embeddedosilator tegangan-dikawasadipaké pikeun generasi jam jeung manajemén ogé pikeun-speed tinggi serializer-deserializer (SERDES) ngirimkeun jam jeung panarima recovery jam.Cukup umum nyaéta diferensialkomparatoron pin input dirancang disambungkeun kasignalling diferensialsaluran.Saeutik "sinyal dicampurFPGAs" gaduh periferal terpadukonverter analog-ka-digital(ADCs) jeungconverters digital-to-analog(DAC) kalayan blok udar sinyal analog anu ngamungkinkeun aranjeunna beroperasi salaku asistem-on-a-chip(SoC).^[20]Alat sapertos kitu ngaburkeun garis antara FPGA, anu mawa digital sareng nol dina lawon interkonéksi anu tiasa diprogram internal, sarengmédan-programmable Asép Sunandar Sunarya analog(FPAA), nu mawa nilai analog dina lawon interconnect programmable internal na.

Blok logika[édit]

Artikel utama:Blok logika

conto saderhana ilustrasi sél logika (LUT -Méja pilarian, FA-panambih pinuh, DFF-D-tipe flip-flop)

Arsitéktur FPGA paling umum diwangun ku hiji Asép Sunandar Sunarya tiblok logika(disebut blok logika anu tiasa dikonfigurasi, CLB, atanapi blok array logika, LAB, gumantung kana vendor),Pad I/O, jeung saluran routing.^[1]Sacara umum, sadaya saluran routing gaduh lebar anu sami (jumlah kawat).Sababaraha I / O hampang bisa cocog kana jangkungna hiji baris atawa rubak hiji kolom dina Asép Sunandar Sunarya dina.

"Hiji sirkuit aplikasi kedah dipetakeun kana FPGA kalayan sumber daya anu nyukupan.Bari jumlah CLBs / LAB jeung I / OS diperlukeun gampang ditangtukeun tina rarancang, Jumlah lagu routing diperlukeun bisa rupa-rupa considerably malah diantara desain kalawan jumlah sarua logika.(Contona, asaklar palangmerlukeun leuwih routing ti asusunan systolickalawan count Gerbang sarua.Kusabab lagu routing anu henteu kapake ningkatkeun biaya (sareng ngirangan kinerja) bagian tanpa masihan kauntungan naon waé, pabrik FPGA ngusahakeun nyayogikeun lagu anu cekap supados seueur desain anu pas dina haltabél lookup(LUTs) jeung I / Os tiasadialihkeun.Ieu ditangtukeun ku perkiraan sapertos anu diturunkeun tinaAturan nyéwaatanapi ku ékspérimén sareng desain anu tos aya.^[21]Nepi ka 2018,jaringan-on-chiparsitéktur pikeun routing sareng interkonéksi nuju dikembangkeun.^{[cutatan diperlukeun]}

Sacara umum, blok logika diwangun ku sababaraha sél logis (disebut ALM, LE, slice jsb).Sél has diwangun ku LUT 4-input, apanambah pinuh(FA) jeung aD-tipe flip-flop.Ieu tiasa dibagi jadi dua LUT 3-input.Dimodeu normalmaranéhanana digabungkeun kana 4-input LUT ngaliwatan kahijimultiplexer(mux).Diaritmatikamodeu, outputs maranéhanana fed ka panambah.Pilihan mode diprogram kana mux kadua.Kaluaran tiasa bohsinkronatawaasynchronous, gumantung kana programming tina mux katilu.Dina prakna, sakabéh atawa bagian tina panambah téhdisimpen salaku fungsikana LUTs guna ngahematangkasa.^[22][23][24]

Blok teuas[édit]

Kulawarga FPGA modéren ngalegaan kamampuan di luhur pikeun kalebet fungsionalitas tingkat luhur anu tetep dina silikon.Ngagaduhan fungsi umum ieu anu dipasang dina sirkuit ngirangan daérah anu diperyogikeun sareng masihan fungsi-fungsi éta ningkat kagancangan dibandingkeun ngawangun aranjeunna tina primitif logis.Conto ieu ngawengkumultipliers, generikblok DSP,prosesor embedded, speed tinggi I / O logika jeung embeddedkenangan.

FPGAs luhur-tungtung bisa ngandung speed tinggitransceiver multi-gigabitjeungteuas IP coressapertoscores prosésor,Ethernet Unit kontrol aksés sedeng,PCI/PCI Expresscontroller, sarta controller memori éksternal.Inti ieu aya sareng lawon anu tiasa diprogram, tapi aranjeunna diwanguntransistortinimbang LUTs ngarah boga ASIC-tingkatkinerjajeungkonsumsi kakuatantanpa consuming jumlah signifikan sumberdaya lawon, ninggalkeun leuwih lawon bébas pikeun logika aplikasi-spésifik.The multi-gigabit transceiver ogé ngandung kinerja tinggi analog input sarta output circuitry sapanjang kalawan speed tinggi serializers na deserializers, komponén nu teu bisa diwangun kaluar tina LUTs.Lapisan fisik tingkat luhur (PHY) fungsionalitas sapertoscoding garisbisa atawa teu dilaksanakeun barengan serializers na deserializers dina logika teuas, gumantung kana FPGA.