(Bag-o ug Orihinal) Adunay stock 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Mga Hiyas sa Produkto

 Field Programmable Gate Array

 Afield-programmable gate array(FPGA) usa kaintegrated circuitgidisenyo aron ma-configure sa usa ka kustomer o usa ka tigdesinyo pagkahuman sa paghimo - busa ang terminofield-programmable.Ang configuration sa FPGA kasagarang gipiho gamit ang apinulongan sa paghulagway sa hardware(HDL), susama sa gigamit alang sa usa kaintegrated circuit nga espesipiko sa aplikasyon(ASIC).Mga diagram sa circuitkaniadto gigamit sa pagtino sa configuration, apan kini mao ang mas talagsaon tungod sa pag-abut saelectronic nga disenyo automationhiman.

Ang mga FPGA adunay usa ka han-ay samaprograma mga bloke sa lohika, ug usa ka hierarchy sa ma-reconfigurable nga mga interconnect nga nagtugot sa mga block nga magkadugtong.Ang mga bloke sa lohika mahimong ma-configure aron mahimo nga komplikadokombinasyonal nga mga gimbuhaton, o molihok nga yanomga ganghaan sa lohikasama saUGugXOR.Sa kadaghanan sa mga FPGA, ang mga bloke sa lohika naglakip usabmga elemento sa memorya, nga mahimong yanomga flip-flopo mas kompleto nga mga bloke sa memorya.^[1]Daghang mga FPGA ang mahimong maprograma pag-usab aron ipatuman ang lainlainlohika nga mga gimbuhaton, nagtugot sa flexiblema-reconfigure nga computingingon nga gihimo sasoftware sa kompyuter.

Ang mga FPGA adunay talagsaong papel saembedded nga sistemapagpalambo tungod sa ilang katakus sa pagsugod sa sistema sa software development dungan sa hardware, makahimo sa sistema sa performance simulations sa usa ka sayo kaayo nga hugna sa kalamboan, ug motugot sa lain-laing mga pagsulay sa sistema ug pagdesinyo pag-usab sa dili pa matapos ang sistema sa arkitektura.^[2]

Kasaysayan[usba]

Ang industriya sa FPGA mitubo gikan saprogrammable read-only memory(PROM) ugprogrammable logic device(PLDs).Ang mga PROM ug PLD parehong adunay kapilian nga maprograma sa mga batch sa usa ka pabrika o sa uma (field-programmable).^[3]

Alteragitukod kaniadtong 1983 ug naghatud sa una nga reprogrammable logic device sa industriya kaniadtong 1984 - ang EP300 - nga adunay usa ka bintana nga quartz sa pakete nga nagtugot sa mga tiggamit sa pagdan-ag sa usa ka ultra-violet nga lampara sa die aron mapapas angEPROMmga selula nga nagkupot sa configuration sa device.^[4]

Xilinxnaghimo sa unang komersiyal nga mahimo nga field-programmablehan-ay sa ganghaanniadtong 1985^[3]- ang XC2064.^[5]Ang XC2064 adunay programmable gate ug programmable interconnects tali sa gate, ang sinugdanan sa bag-ong teknolohiya ug merkado.^[6]Ang XC2064 adunay 64 ka configurable logic blocks (CLBs), nga adunay duha ka tulo-ka-input.pagpangita sa mga lamesa(LUTs).^[7]

Niadtong 1987, angNaval Surface Warfare Centergipondohan ang usa ka eksperimento nga gisugyot ni Steve Casselman sa paghimo og usa ka kompyuter nga magpatuman sa 600,000 ka reprogrammable nga mga ganghaan.Nagmalampuson si Casselman ug usa ka patente nga may kalabotan sa sistema ang gipagawas kaniadtong 1992.^[3]

Ang Altera ug Xilinx nagpadayon nga dili mahagit ug dali nga mitubo gikan sa 1985 hangtod sa tungatunga sa 1990 sa dihang ang mga kakompetensya mitubo, nga nagdaot sa usa ka hinungdanon nga bahin sa ilang bahin sa merkado.Niadtong 1993, si Actel (karonMicrosemi) nagsilbi mga 18 porsyento sa merkado.^[6]

Ang dekada 1990 maoy usa ka yugto sa paspas nga pag-uswag sa mga FPGA, sa pagkamaayo sa sirkito ug sa gidaghanon sa produksiyon.Sa sayong bahin sa 1990s, ang mga FPGA sa panguna gigamit satelekomunikasyonugnetworking.Sa katapusan sa dekada, ang mga FPGA nakakaplag sa ilang dalan ngadto sa consumer, automotive, ug industriyal nga mga aplikasyon.^[8]

Sa 2013, ang Altera (31 porsyento), Actel (10 porsyento) ug Xilinx (36 porsyento) managsama nga nagrepresentar sa gibana-bana nga 77 porsyento sa merkado sa FPGA.^[9]

Ang mga kompanya sama sa Microsoft nagsugod na sa paggamit sa mga FPGA aron mapadali ang high-performance, computationally intensive system (sama samga sentro sa datosnga naglihok sa ilangBing search engine), tungod saperformance kada wattbentaha nga gihatag sa mga FPGA.^[10]Ang Microsoft nagsugod sa paggamit sa mga FPGA sapagpadaliBing sa 2014, ug sa 2018 nagsugod sa pag-deploy sa mga FPGA sa ubang mga workload sa data center para sa ilangAzure cloud computingplataporma.^[11]

Ang mosunod nga mga timeline nagpakita sa pag-uswag sa lain-laing mga aspeto sa FPGA nga disenyo:

Mga ganghaan

• 1987: 9,000 ka ganghaan, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Naval Surface Warfare Department^[3]
• Sayo sa 2000s: milyon-milyon^[8]
• 2013: 50 milyon, Xilinx^[12]

Gidak-on sa merkado

• 1985: Unang komersyal nga FPGA : Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 milyones^[6]
• c.1993: >$385 milyones^{[6][napakyas nga pag-verify]}
• 2005: $1.9 bilyon^[13]
• 2010 nga gibanabana: $2.75 bilyon^[13]
• 2013: $5.4 bilyon^[14]
• 2020 nga gibanabana: $9.8 bilyon^[14]

Nagsugod ang disenyo

Apagsugod sa disenyousa ka bag-ong kostumbre nga disenyo alang sa pagpatuman sa usa ka FPGA.

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

Disenyo[usba]

Ang mga kontemporaryo nga FPGA adunay daghang mga kahinguhaan samga ganghaan sa lohikaug mga bloke sa RAM aron ipatuman ang mga komplikadong digital computations.Ingon nga ang mga disenyo sa FPGA naggamit sa paspas kaayo nga mga rate sa I/O ug bidirectional nga datosmga bus, nahimong hagit ang pagmatuod sa saktong timing sa balido nga datos sulod sa setup time ug hold time.

Pagplano sa salogmakapahimo sa alokasyon sa kahinguhaan sulod sa mga FPGA aron matubag kini nga mga limitasyon sa panahon.Ang mga FPGA mahimong magamit sa pagpatuman sa bisan unsang lohikal nga gimbuhaton nga usa kaASICmakaperform.Ang abilidad sa pag-update sa pagpaandar human sa pagpadala,partial re-configurationsa usa ka bahin sa disenyo^[17]ug ang mubu nga dili nagbalikbalik nga gasto sa engineering kalabot sa usa ka disenyo sa ASIC (bisan pa sa kasagaran nga mas taas nga gasto sa yunit), nagtanyag mga bentaha alang sa daghang mga aplikasyon.^[1]

Ang ubang mga FPGA adunay mga analog nga bahin dugang sa mga digital function.Ang labing komon nga analog feature mao ang programmablerate sa pagpataysa matag output pin, nga nagtugot sa engineer sa pagtakda og mubu nga rates sa lightly loaded nga mga pin nga dili mahimosingsingomagtiayondili madawat, ug sa pagbutang sa mas taas nga rates sa bug-at nga loaded mga lagdok sa high-speed channels nga kon dili modagan kaayo hinay.^[18][19]Kasagaran usab ang quartz-kristal nga mga oscillator, on-chip resistance-capacitance oscillators, ugphase-locked loopsnga adunay naka-embedmga oscillator nga kontrolado sa boltahegigamit alang sa paghimo ug pagdumala sa orasan ingon man alang sa high-speed serializer-deserializer (SERDES) nagpadala mga orasan ug pagbawi sa orasan sa tigdawat.Medyo komon mao ang differentialmga kumparesa input pins nga gidisenyo nga konektado sadifferential signalingmga kanal.Pipila"nagkasagol nga signalFPGAs” adunay integrated peripheralAnalog-sa-digital nga mga converter(ADCs) ugdigital-to-analog nga mga converter(DACs) nga adunay analog signal conditioning blocks nga nagtugot kanila sa pag-operate isip asistema-sa-usa ka-chip(SoC).^[20]Ang ingon nga mga aparato nagpaburot sa linya tali sa usa ka FPGA, nga nagdala mga digital ug mga sero sa sulud niini nga na-program nga interconnect nga panapton, ugfield-programmable analog array(FPAA), nga nagdala sa analog nga mga kantidad sa internal nga programmable interconnect nga panapton.

Logic blocks [usba]

Pangunang artikulo:Logic block

Gipayano nga pananglitan nga paghulagway sa usa ka logic cell (LUT -Pangitaa ang lamesa, FA –Puno nga adder, DFF –D-type nga flip-flop)

Ang labing komon nga arkitektura sa FPGA naglangkob sa usa ka han-ay samga bloke sa lohika(gitawag nga configurable logic blocks, CLBs, o logic array blocks, LABs, depende sa vendor),I/O nga mga pad, ug mga agianan sa ruta.^[1]Kasagaran, ang tanan nga mga agianan sa ruta adunay parehas nga gilapdon (gidaghanon sa mga wire).Daghang I/O pads mahimong mohaum sa gitas-on sa usa ka laray o sa gilapdon sa usa ka column sa array.

"Ang usa ka circuit sa aplikasyon kinahanglan nga mapa sa usa ka FPGA nga adunay igo nga mga kapanguhaan.Samtang ang gidaghanon sa CLBs/LABs ug I/Os nga gikinahanglan daling matino gikan sa disenyo, ang gidaghanon sa routing tracks nga gikinahanglan mahimong magkalahi bisan sa mga disenyo nga adunay parehas nga gidaghanon sa lohika.(Pananglitan, aswitch sa crossbarnanginahanglan labi pa nga pag-ruta kaysa sa asystolic arraynga adunay parehas nga ihap sa ganghaan.Tungod kay ang wala magamit nga mga agianan sa ruta nagdugang sa gasto (ug pagkunhod sa pasundayag) sa bahin nga wala maghatag bisan unsang kaayohan, ang mga tiggama sa FPGA naningkamot sa paghatag igo nga mga track aron ang kadaghanan sa mga disenyo nga mohaum sa mga termino sapagpangita sa mga lamesa(LUTs) ug I/Os mahimonggipaagi.Gitino kini pinaagi sa mga banabana sama sa nakuha gikan saLagda sa abango pinaagi sa mga eksperimento sa naglungtad nga mga disenyo.”^[21]Sukad sa 2018,network-on-chipAng mga arkitektura alang sa pag-ruta ug interkoneksyon gipalambo.^{[gikinahanglan ang citation]}

Sa kinatibuk-an, ang logic block naglangkob sa pipila ka lohikal nga mga selula (gitawag nga ALM, LE, slice ug uban pa).Usa ka tipikal nga cell naglangkob sa usa ka 4-input LUT, apuno nga adder(FA) ug aD-type nga flip-flop.Mahimong bahinon kini sa duha ka 3-input nga LUT.Sanormal nga modekini gihiusa sa usa ka 4-input LUT pinaagi sa unamultiplexer(mux).Saaritmetikamode, ang ilang mga output gipakaon sa adder.Ang pagpili sa mode giprograma sa ikaduhang mux.Ang output mahimong bisan asadunganoasynchronous nga, depende sa programming sa ikatulo nga mux.Sa praktis, ang tibuok o mga bahin sa adder maogitipigan ingon nga mga gimbuhatonngadto sa LUTs aron makaluwasluna.^[22][23][24]

Gahi nga mga bloke [usba]

Ang modernong mga pamilya sa FPGA nagpalapad sa mga kapabilidad sa ibabaw aron maapil ang mas taas nga lebel nga pag-andar nga gitakda sa silicon.Ang pagbaton niining komon nga mga gimbuhaton nga nasulod sa sirkito makapakunhod sa dapit nga gikinahanglan ug naghatag niadtong mga gimbuhaton nga mas paspas kon itandi sa pagtukod niini gikan sa lohikal nga mga primitibo.Ang mga pananglitan niini naglakip samga multiplier, genericMga bloke sa DSP,naka-embed nga mga processor, high speed I/O logic ug embeddedmga handumanan.

Ang mga higher-end nga FPGA mahimong adunay taas nga tulinmulti-gigabit transceiveruggahi nga mga IP coresama samga core sa processor,Ethernet medium nga access control units,PCI/PCI Expresscontrollers, ug external memory controllers.Kini nga mga core anaa kauban sa programmable nga panapton, apan kini gitukod gikan samga transistorimbes nga LUTs para naay ASIC-levelpasundayagugkonsumo sa kuryentenga walay pag-usik sa usa ka mahinungdanon nga kantidad sa mga kahinguhaan sa panapton, nga nagbilin sa dugang nga panapton nga libre alang sa piho nga aplikasyon nga lohika.Ang multi-gigabit transceiver usab adunay taas nga performance analog input ug output circuitry uban sa high-speed serializers ug deserializers, mga sangkap nga dili matukod gikan sa LUTs.Ang mas taas nga lebel sa pisikal nga layer (PHY) nga pagpaandar sama salinya codingmahimong ipatuman o dili kauban sa mga serializer ug deserializer sa lisud nga lohika, depende sa FPGA.