(Шинэ ба эх) 3S200A-4FTG256C IC чип XC3S200A-4FTG256C

Бүтээгдэхүүний шинж чанарууд

 Талбайн программчлагдах хаалганы массив

 Аталбарт програмчлагдах хаалганы массив(FPGA) ньНэгдсэн хэлхээнийҮйлдвэрлэсний дараа захиалагч эсвэл дизайнераар тохируулах зориулалттай - иймээс нэр томъёоталбарт програмчлах боломжтой.FPGA-ийн тохиргоог ерөнхийд нь a ашиглан тодорхойлдогтехник хангамжийн тайлбар хэл(HDL) -д ашигласантай төстэйхэрэглээний тусгай нэгдсэн хэлхээ(ASIC).Хэлхээний диаграммуудӨмнө нь тохиргоог тодорхойлоход ашиглаж байсан боловч гарч ирснээр энэ нь улам бүр ховор болж байнаэлектрон дизайны автоматжуулалтхэрэгсэл.

FPGA нь массивыг агуулдагпрограмчлах боломжтой логик блокууд, мөн блокуудыг хооронд нь холбох боломжийг олгодог дахин тохируулах боломжтой харилцан холболтын шатлал.Логик блокуудыг цогцоор нь гүйцэтгэхээр тохируулж болнохосолсон функцууд, эсвэл энгийн байдлаар ажиллахлогик хаалгадуртайБАболонXOR.Ихэнх FPGA-д логик блокууд бас багтдагсанах ойн элементүүд, энэ нь энгийн байж болох юмфлип-флопэсвэл илүү бүрэн санах ойн блокууд.^[1]Олон FPGA-г өөр өөр хэрэгжүүлэхийн тулд дахин програмчилж болнологик функцууд, уян хатан байхыг зөвшөөрдөгдахин тохируулах боломжтой тооцоолохонд гүйцэтгэсэн шигкомпьютерийн програм хангамж.

FPGA нь гайхалтай үүрэг гүйцэтгэдэгсуулгагдсан системСистемийн програм хангамжийн хөгжүүлэлтийг техник хангамжтай нэгэн зэрэг эхлүүлэх, системийн гүйцэтгэлийн симуляцийг хөгжүүлэлтийн маш эхний үе шатанд идэвхжүүлэх, системийн архитектурыг эцэслэхээс өмнө янз бүрийн системийн туршилт, дизайны давталтуудыг хийх боломжийг олгодог.^[2]

Түүх[засварлах]

FPGA салбар нь нахиалдагпрограмчлагдсан зөвхөн унших санах ой(PROM) болонпрограмчлагдсан логик төхөөрөмжүүд(PLDs).PROM болон PLD хоёулаа үйлдвэрт эсвэл талбайд (талбайд програмчлагдсан) багцаар програмчлагдсан байх боломжтой.^[3]

Альтерань 1983 онд үүсгэн байгуулагдсан бөгөөд 1984 онд салбарын анхны дахин програмчлагдах логик төхөөрөмж болох EP300-ийг нийлүүлсэн бөгөөд энэ нь багц доторх кварц цонхтой бөгөөд хэрэглэгчдэд хэт ягаан туяаны гэрлийг гэрэлтүүлэх боломжийг олгодог.EPROMтөхөөрөмжийн тохиргоог хадгалсан нүднүүд.^[4]

Шилинксхээрийн программчлагдах анхны арилжааны хувьд боломжтой төхөөрөмжийг үйлдвэрлэсэнхаалганы массив1985 онд^[3]- XC2064.^[5]XC2064 нь программчлагдах хаалгатай, хаалганы хооронд програмчлагдах боломжтой холболттой байсан нь шинэ технологи, зах зээлийн эхлэл байв.^[6]XC2064 нь 64 тохируулж болох логик блоктой (CLB) бөгөөд хоёр гурван оролттой.хүснэгтүүдийг хайх(LUTs).^[7]

1987 ондТэнгисийн цэргийн гадаргын байлдааны төвСтив Кассельманы санал болгосон 600,000 дахин програмчлах боломжтой компьютерийг бүтээх туршилтыг санхүүжүүлсэн.Кассельман амжилттай ажиллаж, 1992 онд системтэй холбоотой патентыг гаргажээ.^[3]

Altera болон Xilinx нь 1985 оноос хойш 1990-ээд оны дунд үе хүртэл өрсөлдөгчид гарч ирснээр зах зээлд эзлэх хувийн жингийнх нь багагүй хэсгийг устгаснаар хурдацтай хөгжиж байв.1993 он гэхэд Актел (одооМикро хагас) зах зээлийн 18 орчим хувьд үйлчилж байсан.^[6]

1990-ээд он бол FPGA-ийн хувьд хэлхээний боловсронгуй байдал, үйлдвэрлэлийн хэмжээгээр хурдацтай өсөлтийн үе байсан.1990-ээд оны эхээр FPGA-г ихэвчлэн ашигладаг байсанхарилцаа холбооболонсүлжээ.Арван жилийн эцэс гэхэд FPGA нь хэрэглэгч, автомашин, үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд нэвтэрч эхэлсэн.^[8]

2013 он гэхэд Altera (31 хувь), Actel (10 хувь), Xilinx (36 хувь) нийлээд FPGA зах зээлийн ойролцоогоор 77 хувийг эзэлжээ.^[9]

Майкрософт зэрэг компаниуд өндөр хүчин чадалтай, тооцооллын эрчимтэй системийг хурдасгахын тулд FPGA-г ашиглаж эхэлсэн.мэдээллийн төвүүдүйл ажиллагаа явуулж байгаа нь тэднийBing хайлтын систем), шалтгаануудаас болжватт тутамд гүйцэтгэлдавуу тал нь FPGA-ууд хүргэдэг.^[10]Майкрософт FPGA ашиглаж эхэлсэнхурдасгах2014 онд Bing, 2018 онд бусад дата төвийн ажлын ачаалалд зориулж FPGA-г ашиглаж эхэлсэн.Азур үүлэн тооцоололплатформ.^[11]

Дараах цагийн хуваарь нь FPGA дизайны өөр өөр талуудын ахиц дэвшлийг харуулж байна:

Гейтс

• 1987 он: 9000 хаалга, Силинкс^[6]
• 1992: 600,000, Тэнгисийн цэргийн гадаргын байлдааны хэлтэс^[3]
• 2000-аад оны эхэн үе: сая сая^[8]
• 2013 он: 50 сая, Xilinx^[12]

Зах зээлийн хэмжээ

• 1985: Анхны арилжааны FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987 он: 14 сая доллар^[6]
• в.1993: >385 сая доллар^{[6][баталгаажуулалт амжилтгүй болсон]}
• 2005: 1.9 тэрбум доллар^[13]
• 2010 оны тооцоо: 2.75 тэрбум доллар^[13]
• 2013 он: 5.4 тэрбум доллар^[14]
• 2020 оны тооцоо: 9.8 тэрбум доллар^[14]

Дизайн эхэлнэ

Адизайны эхлэлнь FPGA дээр хэрэгжүүлэх шинэ захиалгат загвар юм.

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

Дизайн[засварлах]

Орчин үеийн FPGA нь асар их нөөцтэйлогик хаалганарийн төвөгтэй тоон тооцооллыг хэрэгжүүлэх RAM блокууд.FPGA дизайн нь маш хурдан оролт гаралтын хурд болон хоёр чиглэлтэй өгөгдлийг ашигладагавтобуснууд, энэ нь тохируулах хугацаа болон хадгалах хугацааны дотор хүчинтэй өгөгдлийн зөв хугацааг шалгахад бэрхшээлтэй болж байна.

Шалны төлөвлөлтЭдгээр цаг хугацааны хязгаарлалтыг хангахын тулд FPGA дотор нөөцийн хуваарилалтыг идэвхжүүлдэг.FPGA-ийг ямар ч логик функцийг хэрэгжүүлэхэд ашиглаж болноASICгүйцэтгэж чадна.Тээвэрлэлтийн дараа функцийг шинэчлэх чадвар,хэсэгчлэн дахин тохируулахдизайны нэг хэсэг^[17]мөн ASIC загвартай харьцуулахад бага давтагдахгүй инженерийн зардал (нэгжийн өртөг нь ерөнхийдөө өндөр байдаг) нь олон хэрэглээнд давуу талтай.^[1]

Зарим FPGA нь дижитал функцээс гадна аналог шинж чанартай байдаг.Хамгийн түгээмэл аналог шинж чанар нь програмчлах боломжтойэргэлтийн хурдгаралтын зүү тус бүр дээр, өөрөөр хэлбэл бага ачаалалтай тээглүүр дээр бага тариф тогтоох боломжийг инженерт олгоно.бөгжэсвэлхосхүлээн зөвшөөрөгдөөгүй бөгөөд өндөр хурдны сувгууд дээр ачаалал ихтэй тээглүүрүүдэд илүү өндөр хурдыг тохируулах, өөрөөр хэлбэл хэтэрхий удаан ажиллах болно.^[18][19]Мөн кварц нь түгээмэл байдаг.болор осциллятор, чип дээрх эсэргүүцэл багтаамжтай осциллятор, бафазын түгжигдсэн гогцоонуудсуулгагдсанхүчдэлийн удирдлагатай осцилляторцаг үүсгэх, удирдах, мөн өндөр хурдны цуваажуулагч-десерализатор (SERDES) дамжуулах цаг болон хүлээн авагчийн цагийг сэргээхэд ашигладаг.Дифференциал нь нэлээд түгээмэл байдагхарьцуулагчхолбох зориулалттай оролтын зүү дээрдифференциал дохиололсувгууд.Цөөхөн "холимог дохиоFPGAs” нь захын нэгдсэн төхөөрөмжтэйаналог-тоон хувиргагч(ADCs) бадижитал-аналог хувиргагч(DACs) нь аналог дохионы тохируулагч блоктой бөгөөд тэдгээр ньчип дээрх систем(SoC).^[20]Ийм төхөөрөмжүүд нь дотоод программчлагдах харилцан холболтын материал дээр дижитал болон тэгүүдийг агуулсан FPGA хоорондын шугамыг бүдгэрүүлж,талбарт програмчлагдах аналог массив(FPAA) нь дотоод программчлагдах харилцан холболтын даавуун дээр аналог утгыг агуулдаг.

Логик блокуудзасварлах]

Үндсэн нийтлэл:Логик блок

Логик эсийн хялбаршуулсан жишээ дүрслэл (LUT -Хайлтын хүснэгт, FA -Бүрэн нэмэгч, DFF -D төрлийн флип-флоп)

Хамгийн түгээмэл FPGA архитектур нь массиваас бүрдэнэлогик блокууд(борлуулагчаас хамааран тохируулж болох логик блок, CLB эсвэл логик массив блок, LAB гэж нэрлэдэг)I/O дэвсгэр, болон чиглүүлэлтийн сувгууд.^[1]Ерөнхийдөө бүх чиглүүлэлтийн сувгууд ижил өргөнтэй (утасны тоо) байдаг.Олон оролт/гаралтын дэвсгэр нь массивын нэг мөрийн өндөр эсвэл нэг баганын өргөнд багтах боломжтой.

“Програмын хэлхээг хангалттай нөөцөөр FPGA-д дүрсэлсэн байх ёстой.Шаардлагатай CLB/LAB болон I/O-ийн тоог загвараас хялбархан тодорхойлох боломжтой боловч шаардлагатай чиглүүлэлтийн замын тоо нь ижил хэмжээний логиктой загваруудын дунд ч ихээхэн ялгаатай байж болно.(Жишээ нь, Ахөндлөвч шилжүүлэгч-аас хамаагүй илүү чиглүүлэлт шаарддагсистолын массивижил хаалганы тоогоор.Ашиглагдаагүй чиглүүлэлтийн замууд нь ямар ч ашиг тус өгөхгүйгээр тухайн хэсгийн өртөгийг нэмэгдүүлдэг (болон гүйцэтгэлийг бууруулдаг) тул FPGA үйлдвэрлэгчид ихэнх загварт тохирох замыг хангахыг хичээдэг.хүснэгтүүдийг хайх(LUTs) болон I/O байж болночиглүүлсэн.Энэ нь үүсэлтэй гэх мэт тооцоогоор тодорхойлогддогТүрээсийн дүрэмэсвэл одоо байгаа загварууд дээр туршилт хийх замаар."^[21]2018 оны байдлаарчип дээрх сүлжээчиглүүлэлт болон харилцан холболтын архитектурыг боловсруулж байна.^{[ишлэл хэрэгтэй]}

Ерөнхийдөө логик блок нь хэд хэдэн логик нүднээс (ALM, LE, зүсмэл гэх мэт) бүрдэнэ.Ердийн нүд нь 4 оролттой LUT, aбүрэн нэмэгч(FA) ба aD төрлийн флип-флоп.Эдгээрийг хоёр 3 оролттой LUT-д хувааж болно.ондэнгийн горимЭдгээрийг эхнийх нь дамжуулан 4 оролттой LUT болгон нэгтгэдэгмультиплексор(mux).ондарифметикгоримд, тэдгээрийн гаралт нь нэмэгч рүү тэжээгддэг.Горимыг сонгохдоо хоёр дахь mux-д програмчлагдсан.Гаралт нь аль аль нь байж болносинхронэсвэласинхрон, гурав дахь mux-ийн програмчлалаас хамааран.Практикт нэмэгчийн бүхэлд нь буюу хэсэг нь байдагфункц хэлбэрээр хадгалагданахэмнэхийн тулд LUT-д оруулназай.^[22][23][24]

Хатуу блокууд[засварлах]

Орчин үеийн FPGA гэр бүлүүд цахиурт бэхлэгдсэн дээд түвшний функцийг багтаахын тулд дээрх боломжуудыг өргөжүүлдэг.Эдгээр нийтлэг функцийг хэлхээнд суулгасан байх нь шаардлагатай талбайг багасгаж, логик командуудаас бүтээхтэй харьцуулахад эдгээр функцийг илүү хурдтай болгодог.Эдгээрийн жишээнд дурдвалүржүүлэгчид, ерөнхийDSP блокууд,суулгагдсан процессорууд, өндөр хурдны I/O логик болон суулгагдсандурсамж.

Дээд зэрэглэлийн FPGA нь өндөр хурдыг агуулж чаддаголон гигабит дамжуулагчболонхатуу IP цөмгэх мэтпроцессорын цөм,Ethernet дунд зэргийн хандалтын хяналтын нэгжүүд,PCI/PCI Expressхянагч, гадаад санах ойн хянагч.Эдгээр цөмүүд нь програмчлагдсан даавууны хажууд байдаг боловч тэдгээрээс бүтээгдсэн байдагтранзисторуудLUT-ийн оронд ASIC-төвтэйгүйцэтгэлболонэрчим хүчний хэрэглээихээхэн хэмжээний даавууны нөөцийг ашиглахгүйгээр, хэрэглээний онцлогт тохирсон логикийн хувьд илүү их даавууг чөлөөтэй үлдээдэг.Олон гигабит дамжуулагч нь өндөр хүчин чадалтай аналог оролт, гаралтын хэлхээний хамт өндөр хурдны цуваажуулагч, цуваажуулагчийг агуулсан бөгөөд LUT-ээс бүтээх боломжгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг.зэрэг дээд түвшний физик давхарга (PHY) функцуудшугам кодчилолFPGA-аас хамааран хатуу логикийн дагуу цуваажуулагч болон цуваажуулагчтай зэрэгцэн хэрэгжиж болно, үгүй ​​ч байж болно.