(Titun & Atilẹba) Ninu iṣura 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Ọja eroja

 Field Programmable Gate orun

 Aoko-programmable ibode orun(FPGA) jẹ ẹyaese Circuitti a ṣe apẹrẹ lati tunto nipasẹ alabara tabi apẹẹrẹ lẹhin iṣelọpọ - nitorinaa ọrọ naaaaye-eto.Iṣeto FPGA ni gbogbogbo ni pato nipa lilo aede apejuwe hardware(HDL), iru si eyi ti a lo fun ẹyaohun elo-kan pato ese Circuit(ASIC).Circuit awọn aworan atọkawon tẹlẹ lo lati pato iṣeto ni, sugbon yi jẹ increasingly toje nitori awọn dide tiitanna oniru adaṣiṣẹirinṣẹ.

Awọn FPGA ni ọpọlọpọ ninusiseto kannaa ohun amorindun, ati awọn ilana kan ti awọn isọdọkan atunto atunto gbigba awọn bulọọki lati so pọ.Awọn bulọọki kannaa le tunto lati ṣe ekaapapo awọn iṣẹ, tabi sise bi o rọrunkannaa ibodefẹranATIatiXOR.Ninu ọpọlọpọ awọn FPGA, awọn bulọọki ọgbọn tun pẹlueroja iranti, eyi ti o le jẹ rọrunsisun kunatabi diẹ ẹ sii pipe ohun amorindun ti iranti.^[1]Ọpọlọpọ awọn FPGA ni a le tunto lati ṣe oriṣiriṣikannaa awọn iṣẹ, gbigba rọreconfigurable iširobi o ṣe nikọmputa software.

Awọn FPGA ni ipa iyalẹnu ninuifibọ etoidagbasoke nitori agbara wọn lati bẹrẹ idagbasoke sọfitiwia eto nigbakanna pẹlu ohun elo, mu awọn iṣeṣiro iṣẹ ṣiṣe eto ṣiṣẹ ni ipele ibẹrẹ ti idagbasoke, ati gba ọpọlọpọ awọn idanwo eto ati awọn itọsi apẹrẹ ṣaaju ipari faaji eto.^[2]

Itan[satunkọ]

FPGA ile ise hù latiiranti kika-nikan ti eto(PROM) atisiseto kannaa awọn ẹrọ(PLDs).Awọn PROMs ati PLD mejeeji ni aṣayan ti siseto ni awọn ipele ni ile-iṣẹ kan tabi ni aaye (iṣeto aaye).^[3]

Alterati a da ni 1983 o si fi awọn ile ise ká akọkọ reprogrammable kannaa ẹrọ ni 1984 - EP300 - eyi ti ifihan a kuotisi window ninu awọn package ti o fun laaye awọn olumulo lati tàn ultra-violet atupa lori awọn kú lati nu awọnEPROMawọn sẹẹli ti o waye iṣeto ẹrọ.^[4]

Xilinxgbejade ni akọkọ lopo le yanju aaye-etoibode orunni 1985^[3]XC2064 naa.^[5]XC2064 naa ni awọn ẹnu-ọna eto ati awọn isopo laarin awọn ẹnu-ọna, awọn ibẹrẹ ti imọ-ẹrọ tuntun ati ọja.^[6]XC2064 naa ni awọn bulọọki atunto atunto 64 (CLBs), pẹlu titẹ sii mẹta-mẹtaawọn tabili wiwa(LUTs).^[7]

Ni ọdun 1987, awọnNaval dada YCE Centeragbateru ohun ṣàdánwò dabaa nipa Steve Casselman lati se agbekale kọmputa kan ti yoo se 600,000 reprogrammable ibode.Casselman ṣaṣeyọri ati pe itọsi kan ti o ni ibatan si eto naa ti jade ni ọdun 1992.^[3]

Altera ati Xilinx tẹsiwaju lainija ati ni kiakia dagba lati 1985 si aarin-1990s nigbati awọn oludije dagba soke, ti o dinku ipin pataki ti ipin ọja wọn.Ni ọdun 1993, Actel (bayiMicrosemi) n ṣiṣẹ nipa 18 ogorun ti ọja naa.^[6]

Awọn ọdun 1990 jẹ akoko idagbasoke iyara fun awọn FPGA, mejeeji ni isọdọtun iyika ati iwọn didun iṣelọpọ.Ni ibẹrẹ awọn ọdun 1990, awọn FPGA ni akọkọ lo ninuawọn ibaraẹnisọrọatinẹtiwọki.Ni opin ọdun mẹwa, awọn FPGA wa ọna wọn sinu olumulo, ọkọ ayọkẹlẹ, ati awọn ohun elo ile-iṣẹ.^[8]

Ni 2013, Altera (31 ogorun), Actel (10 ogorun) ati Xilinx (36 ogorun) papọ ni ipoduduro isunmọ 77 ogorun ti ọja FPGA.^[9]

Awọn ile-iṣẹ bii Microsoft ti bẹrẹ lati lo awọn FPGA lati mu ilọsiwaju iṣẹ-giga, awọn ọna ṣiṣe iṣiro iṣiro (bii awọnawọn ile-iṣẹ datati o ṣiṣẹ wọnẸrọ wiwa Bing), nitori awọnišẹ fun wattanfani FPGAs fi.^[10]Microsoft bẹrẹ lilo awọn FPGA latimu yaraBing ni ọdun 2014, ati ni ọdun 2018 bẹrẹ sisọ awọn FPGA kọja awọn ẹru iṣẹ ile-iṣẹ data miiran fun wọn.Azure awọsanma iširoSyeed.^[11]

Awọn akoko atẹle wọnyi tọka ilọsiwaju ni awọn aaye oriṣiriṣi ti apẹrẹ FPGA:

Awọn ẹnu-bode

• 1987: 9.000 ibode, Xilinx^[6]
• 1992: 600.000, Naval Surface Ogun Department^[3]
• Tete 2000s: milionu^[8]
• 2013: 50 milionu, Xilinx^[12]

Oja iwọn

• 1985: First owo FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 milionu dọla^[6]
• c.1993:> $ 385 milionu^{[6][kuna ijerisi]}
• 2005: $ 1.9 bilionu^[13]
• 2010 awọn iṣiro: $ 2.75 bilionu^[13]
• 2013: 5,4 bilionu^[14]
• ni ọdun 2020: $ 9.8 bilionu^[14]

Apẹrẹ bẹrẹ

Aibere onirujẹ apẹrẹ aṣa tuntun fun imuse lori FPGA kan.

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

Apẹrẹ[satunkọ]

Awọn FPGA ode oni ni awọn orisun nla tikannaa ibodeati awọn bulọọki Ramu lati ṣe awọn iṣiro oni-nọmba eka.Bii awọn apẹrẹ FPGA ṣe gba awọn oṣuwọn I/O iyara pupọ ati data bidirectionalakero, o di ipenija lati mọ daju akoko deede ti data to wulo laarin akoko iṣeto ati akoko idaduro.

Pakà igbogunngbanilaaye ipinfunni awọn orisun laarin awọn FPGA lati pade awọn idiwọ akoko wọnyi.Awọn FPGA le ṣee lo lati ṣe eyikeyi iṣẹ ọgbọn ti o jẹASICle ṣe.Agbara lati ṣe imudojuiwọn iṣẹ ṣiṣe lẹhin gbigbe,apa kan tun atuntoti a ìka ti awọn oniru^[17]ati awọn idiyele imọ-ẹrọ ti kii ṣe loorekoore ni ibatan si apẹrẹ ASIC kan (laibikita iye owo ẹyọkan ti o ga julọ), pese awọn anfani fun ọpọlọpọ awọn ohun elo.^[1]

Diẹ ninu awọn FPGA ni awọn ẹya afọwọṣe ni afikun si awọn iṣẹ oni-nọmba.Ẹya afọwọṣe ti o wọpọ julọ jẹ sisetooṣuwọn palori kọọkan o wu PIN, gbigba ẹlẹrọ lati ṣeto kekere awọn ošuwọn lori sere kojọpọ awọn pinni ti yoo bibẹkọ tiorukatabitọkọtayaitẹwẹgba, ati lati ṣeto ti o ga awọn ošuwọn lori darale kojọpọ awọn pinni lori ga-iyara awọn ikanni ti yoo bibẹkọ ti ṣiṣe ju laiyara.^[18][19]Tun wọpọ ni quartz-kirisita oscillators, on-chip resistance-agbara oscillators, atialakoso-titii pa losiwajulosehinpẹlu ifibọfoliteji-dari oscillatorsti a lo fun iran aago ati iṣakoso bi daradara bi fun iyara serializer-deserializer (SERDES) atagba awọn aago ati imularada aago olugba.Iṣẹtọ wọpọ ni o wa iyatocomparatorslori awọn pinni igbewọle ti a ṣe apẹrẹ lati sopọ siifihan agbara iyatoawọn ikanni.Kan diẹ "adalu ifihan agbaraAwọn FPGAs” ti ni agbeegbe ti a ṣepọafọwọṣe-si-oni awọn oluyipada(ADCs) ationi-to-afọwọṣe converters(DACs) pẹlu afọwọṣe ifihan agbara ohun amorindun ohun amorindun gbigba wọn lati ṣiṣẹ bi aeto-on-a-ërún(SoC).^[20]Iru awọn ẹrọ bẹẹ di laini laini laarin FPGA kan, eyiti o gbe awọn oni-nọmba ati awọn odo lori aṣọ interconnecting ti inu, atiaaye-eto afọwọṣe eto(FPAA), eyiti o gbe awọn iye afọwọṣe lori aṣọ interconnect siseto inu rẹ.

Awọn bulọọki ọgbọn[satunkọ]

Nkan akọkọ:Logic Àkọsílẹ

Apejuwe apẹẹrẹ irọrun ti sẹẹli ọgbọn kan (LUT –Wa tabili, FA –paramọlẹ kikun, DFF –D-Iru isipade-flop)

Awọn wọpọ FPGA faaji oriširiši ohun orun tikannaa ohun amorindun(ti a npe ni awọn bulọọki kannaa atunto, CLBs, tabi awọn bulọọki array, LABs, da lori ataja),I/O paadi, ati awọn ikanni ipa ọna.^[1]Ni gbogbogbo, gbogbo awọn ikanni ipa ọna ni iwọn kanna (nọmba awọn okun waya).Awọn paadi I/O lọpọlọpọ le baamu si giga ti ọna kan tabi iwọn ti iwe kan ninu titobi.

“Ayika ohun elo gbọdọ wa ni yaworan sinu FPGA pẹlu awọn orisun to peye.Lakoko ti nọmba CLBs/LABs ati I/O ti a beere ni irọrun pinnu lati apẹrẹ, nọmba awọn orin ipa-ọna ti o nilo le yatọ ni pataki paapaa laarin awọn apẹrẹ pẹlu iye kannaa.(Fun apẹẹrẹ, acrossbar yipadanbeere Elo siwaju sii afisona ju asystolic orunpẹlu iye ẹnu-ọna kanna.Niwọn igba ti awọn orin ipa-ọna ti ko lo ṣe alekun idiyele (ati dinku iṣẹ ṣiṣe) ti apakan laisi ipese eyikeyi anfani, awọn aṣelọpọ FPGA gbiyanju lati pese awọn orin to to ki ọpọlọpọ awọn apẹrẹ ti yoo baamu ni awọn ofin tiawọn tabili wiwa(LUTs) ati I/Os le jẹipalọlọ.Eyi ni ipinnu nipasẹ awọn iṣiro bii awọn ti o wa latiOfin iyalotabi nipasẹ awọn idanwo pẹlu awọn apẹrẹ ti o wa tẹlẹ. ”^[21]Ni ọdun 2018,nẹtiwọki-on-ërúnAwọn ile-iṣẹ faaji fun ipa-ọna ati isọpọ ti wa ni idagbasoke.^{[itọkasi nilo]}

Ni gbogbogbo, bulọọki ọgbọn kan ni awọn sẹẹli ọgbọn diẹ (ti a pe ni ALM, LE, bibẹ ati bẹbẹ lọ).A aṣoju cell oriširiši 4-input LUT, aparamọlẹ kikun(FA) ati aD-Iru isipade-flop.Iwọnyi le pin si awọn LUTs 3-iwọle meji.Ninudeede modeawọn ti wa ni idapo sinu 4-input LUT nipasẹ akọkọmultiplexer(mux).Ninuisiromode, awọn abajade wọn jẹ ifunni si paramọlẹ.Aṣayan ipo ti wa ni eto sinu mux keji.Ijade le jẹ boyaamuṣiṣẹpọtabiasynchronous, da lori siseto ti awọn kẹta mux.Ni iṣe, gbogbo tabi awọn apakan ti paramọlẹ jẹti o ti fipamọ bi awọn iṣẹsinu awọn LUTs ni ibere lati fipamọaaye.^[22][23][24]

Awọn bulọọki lile[satunkọ]

Awọn idile FPGA ode oni faagun lori awọn agbara ti o wa loke lati pẹlu iṣẹ ṣiṣe ipele giga ti o wa titi ni ohun alumọni.Nini awọn iṣẹ ti o wọpọ wọnyi ti a fi sii ninu Circuit dinku agbegbe ti o nilo ati fun awọn iṣẹ yẹn ni iyara ti o pọ si ni akawe si kikọ wọn lati awọn ipilẹṣẹ ọgbọn.Awọn apẹẹrẹ wọnyi pẹlumultipliers, jenerikiDSP ohun amorindun,ifibọ nse, ga iyara I / O kannaa ati ifibọawọn iranti.

Awọn FPGA ti o ga julọ le ni iyara giga ninuolona-gigabit transceiversatilile IP ohun kohunbi eleyiohun kohun isise,Àjọlò alabọde wiwọle Iṣakoso sipo,PCI/PCI Expressawọn olutona, ati awọn olutona iranti ita.Awọn ohun kohun wọnyi wa lẹgbẹẹ aṣọ ti a ṣe eto, ṣugbọn wọn kọ wọn lati inutransistorsdipo LUTs ki wọn ni ASIC-ipeleišẹatiIlo agbaralaisi jijẹ iye pataki ti awọn orisun aṣọ, nlọ diẹ sii ti aṣọ ti o ni ọfẹ fun ọgbọn-itumọ ohun elo.Awọn transceivers olona-gigabit tun ni igbewọle afọwọṣe iṣẹ ṣiṣe giga ati iṣẹjade Circuit pẹlu awọn serializers iyara-giga ati awọn olutọpa, awọn paati eyiti a ko le kọ lati awọn LUTs.Ipele ti ara ti o ga julọ (PHY) iṣẹ biiifaminsi ilale tabi ko le ṣe imuse pẹlu awọn serializers ati deserializers ni lile kannaa, da lori FPGA.