Integrētās shēmas IC mikroshēmas elektroniskais komponents XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

Produkta atribūti

Ziņot par produkta informācijas kļūdu

Skatīt līdzīgus

Dokumenti un mediji

Vides un eksporta klasifikācijas

Laukā programmējams vārtu masīvs

Auz lauka programmējams vārtu masīvs(FPGA) irintegrētā shēmaizstrādāts, lai pēc izgatavošanas to konfigurētu klients vai dizainers – no tā izriet arī terminsprogrammējams uz lauka.FPGA konfigurācija parasti tiek norādīta, izmantojot aaparatūras apraksta valoda(ABL), līdzīgi tam, ko izmanto anlietojumprogrammai specifiska integrālā shēma(ASIC).Strāvas shēmasiepriekš tika izmantoti, lai norādītu konfigurāciju, taču tas notiek arvien retāk, jo parādāselektroniskā dizaina automatizācijainstrumenti.

FPGA satur masīvuprogrammējams loģikas bloki, un pārkonfigurējamu starpsavienojumu hierarhija, kas ļauj blokus savienot kopā.Loģiskos blokus var konfigurēt, lai veiktu sarežģītuskombinētās funkcijasvai rīkojieties vienkāršiloģikas vārtipatīkUNunXOR.Lielākajā daļā FPGA ir iekļauti arī loģiskie blokiatmiņas elementi, kas var būt vienkāršiflip-flopsvai pilnīgākus atmiņas blokus.^[1]Daudzas FPGA var pārprogrammēt, lai ieviestu dažādasloģiskās funkcijas, kas ļauj elastīgipārkonfigurējama skaitļošanakā veiktsdatorprogramma.

FPGA ir ievērojama lomaiegultā sistēmaattīstība, pateicoties to spējai sākt sistēmas programmatūras izstrādi vienlaikus ar aparatūru, iespējot sistēmas veiktspējas simulācijas ļoti agrīnā izstrādes fāzē un ļaut veikt dažādus sistēmas izmēģinājumus un dizaina iterācijas pirms sistēmas arhitektūras pabeigšanas.^[2]

Vēsture[rediģēt]

FPGA nozare radās noprogrammējama tikai lasāmatmiņa(PROM) unprogrammējamas loģikas ierīces(PLD).Gan PROM, gan PLD bija iespēja programmēt pa partijām rūpnīcā vai uz lauka (programmējami uz lauka).^[3]

Alteratika dibināta 1983. gadā un 1984. gadā piegādāja nozarē pirmo pārprogrammējamo loģisko ierīci – EP300 –, kuras iepakojumā bija kvarca logs, kas ļāva lietotājiem iespīdēt uz matricas ar ultravioleto gaismu, lai izdzēstuEPROMšūnas, kurās bija ierīces konfigurācija.^[4]

Xilinxradīja pirmo komerciāli dzīvotspējīgo lauka programmējamovārtu masīvs1985. gadā^[3]- XC2064.^[5]XC2064 bija programmējami vārti un programmējami starpsavienojumi starp vārtiem, jaunas tehnoloģijas un tirgus sākums.^[6]XC2064 bija 64 konfigurējami loģiskie bloki (CLB) ar divām trīs ieejāmuzmeklēšanas tabulas(LUTs).^[7]

1987. gadāJūras spēku virszemes kara centrsfinansēja Stīva Kaselmana ierosināto eksperimentu, lai izstrādātu datoru, kas ieviestu 600 000 pārprogrammējamu vārtu.Casselman bija veiksmīgs, un 1992. gadā tika izdots ar sistēmu saistīts patents.^[3]

Altera un Xilinx turpināja bez iebildumiem un strauji pieauga no 1985. gada līdz 1990. gadu vidum, kad parādījās konkurenti, kas samazināja ievērojamu daļu no to tirgus daļas.Līdz 1993. gadam Actel (tagadMicrosemi) apkalpoja aptuveni 18 procentus no tirgus.^[6]

1990. gadi bija FPGA straujas izaugsmes periods gan ķēdes sarežģītības, gan ražošanas apjoma ziņā.Deviņdesmito gadu sākumā FPGA galvenokārt tika izmantotastelekomunikācijasuntīklu veidošana.Desmitgades beigās FPGA atrada ceļu patērētāju, automobiļu un rūpnieciskos lietojumos.^[8]

Līdz 2013. gadam Altera (31 procents), Actel (10 procenti) un Xilinx (36 procenti) kopā pārstāvēja aptuveni 77 procentus no FPGA tirgus.^[9]

Uzņēmumi, piemēram, Microsoft, ir sākuši izmantot FPGA, lai paātrinātu augstas veiktspējas, skaitļošanas ietilpīgas sistēmas (piemēram,datu centrikas darbojas viņuBing meklētājprogramma), dēļveiktspēja uz vatupriekšrocības, ko nodrošina FPGA.^[10]Microsoft sāka izmantot FPGA, laipaātrinātBing 2014. gadā un 2018. gadā sāka izvietot FPGA citās datu centru darba slodzēsdebeszils mākoņdatošanaplatforma.^[11]

Tālāk norādītie laika grafiki norāda uz progresu dažādos FPGA dizaina aspektos:

Vārti

• 1987: 9000 vārtu, Xilinx^[6]
• 1992: 600 000, Jūras spēku virszemes kara departaments^[3]
• 2000. gadu sākums: miljoni^[8]
• 2013: 50 miljoni, Xilinx^[12]

Tirgus lielums

• 1985: Pirmā komerciālā FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987. gads: 14 miljoni ASV dolāru^[6]
• c.1993: > 385 miljoni USD^{[6][neizdevās verifikācija]}
• 2005: 1,9 miljardi ASV dolāru^[13]
• 2010. gada aplēses: 2,75 miljardi USD^[13]
• 2013: 5,4 miljardi ASV dolāru^[14]
• 2020. gada aprēķins: 9,8 miljardi USD^[14]

Sākas dizains

Adizaina sākumsir jauns pielāgots dizains ieviešanai FPGA.

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

Dizains[rediģēt]

Mūsdienu FPGA ir lieli resursiloģikas vārtiun RAM bloki, lai īstenotu sarežģītus digitālos aprēķinus.Tā kā FPGA dizainā tiek izmantoti ļoti ātri I/O ātrumi un divvirzienu datiautobusi, kļūst par izaicinājumu pārbaudīt derīgo datu pareizu laiku iestatīšanas un aizturēšanas laikā.

Stāvu plānošananodrošina resursu piešķiršanu FPGA ietvaros, lai ievērotu šos laika ierobežojumus.FPGA var izmantot, lai īstenotu jebkuru loģisku funkciju, kas irASICvar izpildīt.Iespēja atjaunināt funkcionalitāti pēc nosūtīšanas,daļēja pārkonfigurācijano dizaina daļas^[17]un zemās vienreizējās inženiertehniskās izmaksas salīdzinājumā ar ASIC dizainu (neskatoties uz parasti augstākajām vienības izmaksām), piedāvā priekšrocības daudziem lietojumiem.^[1]

Dažām FPGA ir analogās funkcijas papildus digitālajām funkcijām.Visizplatītākā analogā funkcija ir programmējamapagrieziena ātrumsuz katras izvades tapas, ļaujot inženierim iestatīt zemas likmes viegli noslogotām tapām, kas citādi būtu piemērotasgredzensvaipārisnepieņemami, kā arī iestatīt augstākus tarifus stipri noslogotām tapām ātrdarbīgos kanālos, kas citādi darbotos pārāk lēni.^[18][19]Izplatīti ir arī kvarcakristāla oscilatori, mikroshēmas pretestības-kapacitātes oscilatori unfāzes bloķētas cilpasar iegultuar spriegumu vadāmi oscilatoriizmanto pulksteņu ģenerēšanai un pārvaldībai, kā arī ātrgaitas serializer-deserializer (SERDES) pārraides pulksteņiem un uztvērēja pulksteņa atjaunošanai.Diezgan izplatītas ir atšķirīgassalīdzinātājiuz ievades tapām, kas paredzētas savienošanai ardiferenciālā signalizācijakanāliem.Daži "jaukts signālsFPGA” ir integrēta perifērijas ierīceanalogo-digitālo pārveidotājus(ADC) unciparu-analogo pārveidotāji(DAC) ar analogo signālu kondicionēšanas blokiem, kas ļauj tiem darboties kā asistēma mikroshēmā(SoC).^[20]Šādas ierīces izjauc līniju starp FPGA, kuras iekšējā programmējamā starpsavienojuma audumā ir digitālie vieninieki un nulles, unuz lauka programmējams analogais masīvs(FPAA), kura iekšējā programmējamā starpsavienojuma audumā ir analogās vērtības.