(Yangi va original) Stokda 3S200A-4FTG256C IC chipi XC3S200A-4FTG256C

Mahsulot atributlari

 Maydonda dasturlashtiriladigan darvoza massivi

 Amaydonda dasturlashtiriladigan darvoza massivi(FPGA) birintegral sxemaishlab chiqarilgandan so'ng mijoz yoki dizayner tomonidan konfiguratsiya qilish uchun mo'ljallangan - shuning uchun atamamaydonda dasturlashtiriladi.FPGA konfiguratsiyasi odatda a yordamida belgilanadiapparat tavsifi tili(HDL), an uchun ishlatiladiganga o'xshashilovaga xos integral mikrosxemalar(ASIC).Elektr sxemalariilgari konfiguratsiyani belgilash uchun ishlatilgan, ammo paydo bo'lganligi sababli bu tobora kam uchraydielektron dizaynni avtomatlashtirishasboblar.

FPGAlar qatorni o'z ichiga oladidasturlashtiriladigan mantiqiy bloklar, va bloklarni bir-biriga ulash imkonini beruvchi qayta konfiguratsiya qilinadigan o'zaro ulanishlar ierarxiyasi.Mantiqiy bloklarni murakkab bajarish uchun sozlash mumkinkombinatsiyalangan funktsiyalar, yoki oddiy harakat qilingmantiqiy eshiklarkabiVAvaXOR.Ko'pgina FPGAlarda mantiqiy bloklar ham o'z ichiga oladixotira elementlari, bu oddiy bo'lishi mumkinsohil shippaklariyoki undan ko'p to'liq xotira bloklari.^[1]Ko'pgina FPGA-larni boshqasini amalga oshirish uchun qayta dasturlash mumkinmantiqiy funktsiyalar, moslashuvchanlikka imkon beradiqayta konfiguratsiya qilinadigan hisoblashda bajarilganidekkompyuter dasturi.

FPGAlar muhim rol o'ynaydio'rnatilgan tizimTizim dasturiy ta'minotini ishlab chiqishni apparat bilan bir vaqtda boshlash, rivojlanishning juda erta bosqichida tizim ishlashini simulyatsiya qilish imkonini berish va tizim arxitekturasini yakunlashdan oldin turli tizim sinovlari va dizayn takrorlashlariga ruxsat berish qobiliyati tufayli rivojlanish.^[2]

tarix[tahrirlash]

FPGA sanoati shundan kelib chiqdifaqat o'qish uchun dasturlashtiriladigan xotira(PROM) vadasturlashtiriladigan mantiqiy qurilmalar(PLDs).PROM va PLD ikkalasi ham zavodda yoki dalada (dalada dasturlashtiriladigan) partiyalarda dasturlash imkoniyatiga ega edi.^[3]

Altera1983 yilda tashkil etilgan va 1984 yilda sanoatning birinchi qayta dasturlashtiriladigan mantiqiy qurilmasi - EP300 ni taqdim etdi - bu paketda kvarts oynasi mavjud bo'lib, foydalanuvchilarga ultrabinafsha chiroqni o'chirish uchun qolipga porlash imkonini berdi.EPROMqurilma konfiguratsiyasini saqlagan hujayralar.^[4]

Xilinxbirinchi tijorat maqsadlarida foydalanish mumkin dala-dasturlashtirilgan ishlab chiqarildidarvoza massivi1985 yilda^[3]- XC2064.^[5]XC2064-da dasturlashtiriladigan eshiklar va eshiklar o'rtasida dasturlashtiriladigan o'zaro bog'lanishlar, yangi texnologiya va bozorning boshlanishi edi.^[6]XC2064 ikkita uchta kirishli 64 ta konfiguratsiya qilinadigan mantiqiy bloklarga (CLB) ega edi.jadvallarni qidirish(LUTs).^[7]

1987 yildaDengiz sirtqi urush markaziStiv Kasselman tomonidan 600 000 ta qayta dasturlashtiriladigan eshiklarni amalga oshiradigan kompyuterni ishlab chiqish uchun taklif qilingan tajribani moliyalashtirdi.Kasselman muvaffaqiyatli bo'ldi va tizimga tegishli patent 1992 yilda berildi.^[3]

Altera va Xilinx raqobatsiz davom etdi va 1985-yildan 1990-yillarning o'rtalariga qadar raqobatchilar o'sib, bozor ulushining muhim qismini yo'qotib, tezda o'sdi.1993 yilga kelib, Actel (hozirMikrosemi) bozorning qariyb 18 foiziga xizmat qilgan.^[6]

1990-yillar FPGA uchun sxemaning murakkabligi va ishlab chiqarish hajmi bo'yicha tez o'sish davri bo'ldi.1990-yillarning boshlarida FPGAlar birinchi navbatda ishlatilgantelekommunikatsiyavatarmoqqa ulanish.O'n yillikning oxiriga kelib, FPGAlar iste'molchi, avtomobil va sanoat ilovalariga yo'l topdi.^[8]

2013 yilga kelib, Altera (31 foiz), Actel (10 foiz) va Xilinx (36 foiz) birgalikda FPGA bozorining taxminan 77 foizini tashkil etdi.^[9]

Microsoft kabi kompaniyalar yuqori unumdor, hisoblash intensiv tizimlarini tezlashtirish uchun FPGA-lardan foydalanishni boshladilar (masalan,ma'lumotlar markazlariUlarni boshqaradiganBing qidiruvi), tufaylivatt uchun ishlashFPGAlarning afzalliklari.^[10]Microsoft FPGA-lardan foydalanishni boshladitezlashtirmoq2014-yilda Bing, 2018-yilda esa FPGA-larni boshqa maʼlumotlar markazining ish yuklari boʻylab oʻrnatishni boshladi.Azure bulutli hisoblashplatforma.^[11]

Quyidagi vaqt jadvallari FPGA dizaynining turli jihatlaridagi taraqqiyotni ko'rsatadi:

Geyts

• 1987 yil: 9000 darvoza, Xilinx^[6]
• 1992 yil: 600 000, Dengiz yuzasidagi urush bo'limi^[3]
• 2000-yillarning boshlari: millionlar^[8]
• 2013 yil: 50 million, Xilinx^[12]

Bozor hajmi

• 1985: Birinchi tijorat FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987 yil: 14 million dollar^[6]
• c.1993 yil: >385 million dollar^{[6][muvaffaqiyatsiz tekshirish]}
• 2005 yil: 1,9 milliard dollar^[13]
• 2010 yil hisob-kitoblari: 2,75 milliard dollar^[13]
• 2013 yil: 5,4 milliard dollar^[14]
• 2020 yil hisobi: 9,8 milliard dollar^[14]

Dizayn boshlanadi

Adizayn boshlanishiFPGA-da amalga oshirish uchun yangi maxsus dizayndir.

• 2005 yil: 80 000^[15]
• 2008 yil: 90 000^[16]

Dizayn[tahrirlash]

Zamonaviy FPGAlar katta resurslarga egamantiqiy eshiklarva murakkab raqamli hisoblashlarni amalga oshirish uchun RAM bloklari.FPGA dizaynlari juda tez kiritish-chiqarish tezligi va ikki tomonlama ma'lumotlardan foydalanadiavtobuslar, o'rnatish va ushlab turish vaqti ichida haqiqiy ma'lumotlarning to'g'ri vaqtini tekshirish qiyin bo'ladi.

Zaminni rejalashtirishbu vaqt cheklovlarini qondirish uchun FPGAlar ichida resurslarni taqsimlashga imkon beradi.FPGAlar har qanday mantiqiy funktsiyani amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkinASICamalga oshirishi mumkin.Yetkazib berishdan keyin funksionallikni yangilash imkoniyati,qisman qayta konfiguratsiyadizaynning bir qismi^[17]va ASIC dizayniga nisbatan past takrorlanmaydigan muhandislik xarajatlari (umuman birlik narxining yuqori bo'lishiga qaramay) ko'plab ilovalar uchun afzalliklarni taqdim etadi.^[1]

Ba'zi FPGAlar raqamli funktsiyalardan tashqari analog xususiyatlarga ega.Eng keng tarqalgan analog xususiyat dasturlashtiriladiaylanish tezligiHar bir chiqish pinida, muhandisga engil yuklangan pinlarda past stavkalarni o'rnatishga imkon beradi, aks holdauzukyokijuftlikqabul qilib bo'lmaydigan darajada va yuqori tezlikda ishlaydigan kanallarda og'ir yuklangan pinlarda yuqori stavkalarni o'rnatish, aks holda juda sekin ishlaydi.^[18][19]Kvarts ham keng tarqalgan.kristall osilatorlar, chipdagi qarshilik-sig'imli osilatorlar vafazali qulflangan halqalaro'rnatilgan bilankuchlanish bilan boshqariladigan osilatorlarsoatni yaratish va boshqarish, shuningdek, yuqori tezlikdagi serializator-deserializer (SERDES) uzatish soatlari va qabul qiluvchi soatlarini tiklash uchun ishlatiladi.Differensiallar juda keng tarqalgansolishtiruvchilarulanish uchun mo'ljallangan kirish pinlaridadifferentsial signalizatsiyakanallar.Biroz "aralash signalFPGA'lar integratsiyalashgan periferik qurilmalarga egaanalogdan raqamliga o'zgartirgichlar(ADC) varaqamli-analogli konvertorlar(DACs) analog signalni konditsioner bloklari bilan ishlashga imkon beradichip ustidagi tizim(SoC).^[20]Bunday qurilmalar FPGA o'rtasidagi chiziqni xiralashtiradi, u o'zining ichki dasturlashtiriladigan o'zaro bog'langan matosida raqamli va nollarni olib yuradi vamaydonda dasturlashtiriladigan analog massiv(FPAA), u o'zining ichki dasturlashtiriladigan o'zaro bog'langan matosida analog qiymatlarni olib yuradi.

Mantiqiy bloklar[tahrirlash]

Asosiy maqola:Mantiqiy blok

Mantiqiy hujayraning soddalashtirilgan namunasi (LUT -Qidiruv jadvali, FA -To'liq qo'shuvchi, DFF -D tipidagi flip-flop)

Eng keng tarqalgan FPGA arxitekturasi bir qatordan iboratmantiqiy bloklar(sotuvchiga qarab sozlanishi mumkin bo'lgan mantiqiy bloklar, CLBlar yoki mantiqiy massiv bloklari, LABlar deb ataladi),I/U prokladkalari, va marshrutlash kanallari.^[1]Odatda, barcha marshrutlash kanallari bir xil kenglikka ega (simlar soni).Bir nechta kiritish/chiqarish prokladkalari massivdagi bitta satr balandligi yoki bitta ustun kengligiga mos kelishi mumkin.

“Ilova sxemasi tegishli resurslarga ega bo'lgan FPGA-ga joylashtirilishi kerak.Kerakli CLB/LAB va I/U soni dizayndan osongina aniqlansa-da, kerakli marshrutlash treklari soni bir xil miqdordagi mantiqqa ega dizaynlarda ham sezilarli darajada farq qilishi mumkin.(Masalan, ashpalli kalita ga qaraganda ko'proq marshrutlashni talab qiladisistolik qatorbir xil eshiklar soni bilan.Foydalanilmagan marshrutlash treklari hech qanday foyda keltirmasdan qismning narxini oshiradi (va unumdorligini pasaytiradi), FPGA ishlab chiqaruvchilari ko'pchilik dizaynlarga mos kelishi uchun etarli treklarni taqdim etishga harakat qilishadi.jadvallarni qidirish(LUT) va I/O bo'lishi mumkinyo'naltirilgan.Bu olinganlar kabi taxminlar bilan aniqlanadiIjara qoidasiyoki mavjud dizaynlar bilan tajribalar orqali.^[21]2018 yildan boshlab,chip-on-tarmoqmarshrutlash va o‘zaro bog‘lanish arxitekturalari ishlab chiqilmoqda.^{[iqtibos kerak]}

Umuman olganda, mantiqiy blok bir nechta mantiqiy katakchalardan iborat (ALM, LE, slice va boshqalar deb ataladi).Oddiy hujayra 4 ta kirish LUT dan iborat, ato'liq qo'shuvchi(FA) va aD tipidagi flip-flop.Ular ikkita 3 kirishli LUTga bo'linishi mumkin.Innormal rejimUlar birinchisi orqali 4 ta kirish LUTga birlashtiriladimultipleksor(mux).Inarifmetikrejimida, ularning chiqishlari qo'shimchaga beriladi.Rejimni tanlash ikkinchi muxga dasturlashtirilgan.Chiqish ham bo'lishi mumkinsinxronyokiasinxron, uchinchi muxning dasturlashiga qarab.Amalda to'ldiruvchining to'liq yoki qismlarifunksiyalar sifatida saqlanadisaqlash uchun LUT largabo'sh joy.^[22][23][24]

Qattiq bloklar[tahrirlash]

Zamonaviy FPGA oilalari yuqoridagi imkoniyatlarni kengaytirib, kremniyda o'rnatilgan yuqori darajadagi funksionallikni o'z ichiga oladi.Ushbu umumiy funktsiyalarning sxemaga o'rnatilganligi talab qilinadigan maydonni qisqartiradi va bu funktsiyalarni mantiqiy ibtidoiylardan qurish bilan solishtirganda yuqori tezlikni beradi.Bunga misol qilib keltirish mumkinmultiplikatorlar, umumiyDSP bloklari,o'rnatilgan protsessorlar, yuqori tezlikdagi I/U mantiqiy va ko'milganxotiralar.

Yuqori darajadagi FPGAlar yuqori tezlikni o'z ichiga olishi mumkinko'p gigabitli qabul qiluvchilarvaqattiq IP yadrolarikabiprotsessor yadrolari,Ethernet o'rtacha kirishni boshqarish bloklari,PCI/PCI Expresskontrollerlar va tashqi xotira kontrollerlari.Ushbu yadrolar dasturlashtiriladigan mato bilan bir qatorda mavjud, ammo ular undan qurilgantranzistorlarLUT o'rniga ular ASIC darajasiga egaishlashvaquvvat sarfisezilarli miqdorda mato resurslarini iste'mol qilmasdan, ilovaga xos mantiq uchun matoning ko'p qismini bepul qoldiradi.Ko'p gigabitli qabul qiluvchilar, shuningdek, yuqori samarali analog kirish va chiqish sxemalarini, shuningdek, LUT-lardan qurib bo'lmaydigan yuqori tezlikdagi serializatorlar va deserializerlarni o'z ichiga oladi.Yuqori darajadagi jismoniy qatlam (PHY) funksiyasi, masalanchiziq kodlashFPGA ga qarab qattiq mantiqda serializatorlar va deserializers bilan bir qatorda amalga oshirilishi yoki amalga oshirilmasligi mumkin.