Integrovaný obvod IC čip Elektronická súčiastka XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

Vlastnosti produktu

Nahlásiť chybu informácií o produkte

Zobraziť podobné

Dokumenty a médiá

Environmentálne a exportné klasifikácie

Programovateľné hradlové pole

Aprogramovateľné hradlové pole(FPGA) jeintegrovaný obvodnavrhnutý tak, aby ho po výrobe konfiguroval zákazník alebo dizajnér – odtiaľ tento pojemprogramovateľné v teréne.Konfigurácia FPGA je všeobecne špecifikovaná pomocou ajazyk popisu hardvéru(HDL), podobne ako sa používa pre anintegrovaný obvod špecifický pre aplikáciu(ASIC).Schémy obvodovboli predtým používané na špecifikáciu konfigurácie, ale to je čoraz zriedkavejšie kvôli nástupuelektronická automatizácia dizajnunástrojov.

FPGA obsahujú poleprogramovateľné logické blokya hierarchiu rekonfigurovateľných prepojení umožňujúcich vzájomné prepojenie blokov.Logické bloky môžu byť nakonfigurované tak, aby fungovali komplexnekombinačné funkciealebo sa správajte jednoduchologické brányPáči sa mi toAaXOR.Vo väčšine FPGA sú zahrnuté aj logické blokypamäťové prvky, čo môže byť jednoduchéplážové šľapkyalebo viac úplných blokov pamäte.^[1]Mnohé FPGA môžu byť preprogramované tak, aby implementovali rôznelogické funkcie, čo umožňuje flexibilnérekonfigurovateľné výpočtyako sa vykonáva vpočítačový softvér.

FPGA zohrávajú významnú úlohuvstavaný systémvývoj vďaka ich schopnosti spustiť vývoj systémového softvéru súčasne s hardvérom, umožniť simulácie výkonu systému vo veľmi ranej fáze vývoja a umožniť rôzne systémové skúšky a iterácie návrhu pred dokončením architektúry systému.^[2]

História[upraviť]

Priemysel FPGA vyrástol zprogramovateľná pamäť len na čítanie(PROM) aprogramovateľné logické zariadenia(PLD).PROM a PLD mali možnosť programovania v dávkach v továrni alebo v teréne (programovateľné v teréne).^[3]

Alterabola založená v roku 1983 a v roku 1984 dodala prvé preprogramovateľné logické zariadenie v tomto odvetví – EP300 – ktoré obsahovalo kremenné okienko v balení, ktoré umožňovalo používateľom svietiť ultrafialovou lampou na matricu, aby vymazaliEPROMbunky, ktoré obsahovali konfiguráciu zariadenia.^[4]

Xilinxvyrobil prvý komerčne životaschopný programovateľný v terénehradlové polev roku 1985^[3]– XC2064.^[5]XC2064 mal programovateľné brány a programovateľné prepojenia medzi bránami, začiatky novej technológie a trhu.^[6]XC2064 mal 64 konfigurovateľných logických blokov (CLB) s dvoma trojvstupovýmivyhľadávacie tabuľky(LUT).^[7]

V roku 1987,Centrum námornej povrchovej vojnyfinancoval experiment navrhnutý Stevom Casselmanom na vývoj počítača, ktorý by implementoval 600 000 preprogramovateľných brán.Casselman bol úspešný a patent súvisiaci so systémom bol vydaný v roku 1992.^[3]

Altera a Xilinx pokračovali neohrozene a rýchlo rástli od roku 1985 do polovice 90-tych rokov, keď vyrástli konkurenti, ktorí narušili značnú časť ich podielu na trhu.Do roku 1993, Actel (terazMicrosemi) obsluhuje približne 18 percent trhu.^[6]

Deväťdesiate roky minulého storočia boli obdobím rýchleho rastu FPGA, a to ako v sofistikovanosti obvodov, tak aj v objeme výroby.Začiatkom 90. rokov sa FPGA primárne používali vtelekomunikáciíavytváranie sietí.Do konca desaťročia si FPGA našli cestu do spotrebiteľských, automobilových a priemyselných aplikácií.^[8]

Do roku 2013 Altera (31 percent), Actel (10 percent) a Xilinx (36 percent) spolu predstavovali približne 77 percent trhu FPGA.^[9]

Spoločnosti ako Microsoft začali používať FPGA na zrýchlenie vysokovýkonných, výpočtovo náročných systémov (ako naprdátové centráktoré prevádzkujú ichVyhľadávací nástroj Bing), v dôsledkuvýkon na wattvýhody FPGA poskytujú.^[10]Microsoft začal používať FPGA naurýchliťBing v roku 2014 a v roku 2018 začal nasadzovať FPGA v iných pracovných zaťaženiach dátových centier pre ichAzure cloud computingplošina.^[11]

Nasledujúce časové osy naznačujú pokrok v rôznych aspektoch návrhu FPGA:

Gates

• 1987: 9 000 brán, Xilinx^[6]
• 1992: 600 000, Oddelenie námornej povrchovej vojny^[3]
• Začiatok roku 2000: milióny^[8]
• 2013: 50 miliónov, Xilinx^[12]

Veľkosť trhu

• 1985: Prvý komerčný FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 miliónov dolárov^[6]
• c.1993: > 385 miliónov dolárov^{[6][neúspešné overenie]}
• 2005: 1,9 miliardy dolárov^[13]
• 2010 odhady: 2,75 miliardy dolárov^[13]
• 2013: 5,4 miliardy dolárov^[14]
• Odhad na rok 2020: 9,8 miliardy dolárov^[14]

Dizajn začína

Adizajnový začiatokje nový vlastný dizajn pre implementáciu na FPGA.

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

Dizajn[upraviť]

Súčasné FPGA majú veľké zdrojelogické bránya RAM bloky na implementáciu zložitých digitálnych výpočtov.Keďže návrhy FPGA využívajú veľmi rýchle I/O rýchlosti a obojsmerné dátaautobusy, stáva sa výzvou overiť správne načasovanie platných údajov v rámci času nastavenia a času zdržania.

Plánovanie podlahyumožňuje alokáciu zdrojov v rámci FPGA, aby sa splnili tieto časové obmedzenia.FPGA môžu byť použité na implementáciu akejkoľvek logickej funkcie, ktoráASICmôže vykonávať.Schopnosť aktualizovať funkčnosť po odoslaní,čiastočná rekonfiguráciačasti dizajnu^[17]a nízke jednorazové technické náklady v porovnaní s dizajnom ASIC (bez ohľadu na všeobecne vyššie jednotkové náklady) ponúkajú výhody pre mnohé aplikácie.^[1]

Niektoré FPGA majú okrem digitálnych funkcií aj analógové funkcie.Najbežnejšou analógovou funkciou je programovateľnosťrýchlosť prebehuna každom výstupnom kolíku, čo umožňuje technikovi nastaviť nízke rýchlosti na ľahko zaťažených kolíkoch, ktoré by inakprsteňalebopárneprijateľne a nastaviť vyššie rýchlosti na silne zaťažených pinoch na vysokorýchlostných kanáloch, ktoré by inak bežali príliš pomaly.^[18][19]Bežné sú tiež kremeňovékryštálové oscilátory, odporovo-kapacitné oscilátory na čipe afázovo viazané slučkys vloženýmnapäťovo riadené oscilátorypoužíva sa na generovanie a správu hodín, ako aj na vysokorýchlostný serializátor-deserializátor (SERDES) vysielacie hodiny a obnovu hodín prijímača.Pomerne bežné sú diferenciálnekomparátorovna vstupných kolíkoch určených na pripojeniediferenciálna signalizáciakanálov.Zopár "zmiešaný signálFPGA“ majú integrované periférne zariadeniaanalógovo-digitálne prevodníky(ADC) adigitálno-analógové prevodníky(DAC) s blokmi na úpravu analógového signálu, ktoré im umožňujú pracovať ako asystém na čipe(SoC).^[20]Takéto zariadenia rozmazávajú čiaru medzi FPGA, ktoré nesie digitálne jednotky a nuly na svojej internej programovateľnej prepojovacej látke aanalógové pole programovateľné v teréne(FPAA), ktorý nesie analógové hodnoty na svojej internej programovateľnej prepojovacej štruktúre.