Википедија

FPGA: Разлика помеѓу преработките

Поново уредување →
Избришана содржина Додадена содржина
НагледноВикитекст
Креирана страница со: :''FPGA не треба да се ѝ абривеира со flip-chip pin grid array, вид интегрално плочково пакетирање.'…
(нема разлика)

Преработка од 00:10, 26 март 2009

FPGA не треба да се ѝ абривеира со flip-chip pin grid array, вид интегрално плочково пакетирање.

field-programmable gate array (FPGA) е полупроводников уред кој што има возможност да биде конфигуриран од страна на корисникот или дизајнерот по произведувањето. FPGA може да биде програмиран користејки логика на колов дијаграм или со изворен код преку хардверки верификационен јазик (ХВЛ) за да се специфицира како да работи чипот. Може да се користи за да се имплементира било која логичка функција што апликационо-специфицирано интегрално коло (ASIC/АСИК) може да ја изврши, но со возможноста за ажурирање по доставување додава многу предности за доста апликативност.[1]

Altera Stratix II GX FPGA.

FPGA содржи компоненти со програматорска логика наречени "логички блокови", и хиерархија реконфигурабилни меѓуповрзаности што овозможуваат на блоковите да бидат "ожичени заедноw"—. Логичките блокови може дабидат конфигурирани да извршуваат комплексни комбинациони функции, или едноставно лочичка портакако И и XOR. Кај повеќето FPGA уреди, логичките блокови вклучуваат мемориски елементи.[1]

Историјат

FPGA индустријата почнала со програматорска read only меморија (PROM) и програматорски логички уреди (PLD). PROM и PLD ја имале возможноста да бидат програмирани во фабрика или на терен, сепак програматорксата логика била hard-wired (комплексно наврзана) помеѓу логичките порти.[2]

Xilinx Ко-основачите, Рос Фриман и Бернард Вондершмит, ја измислиле прватата комерцијална теренско програматорска низна порта во 1985 – XC2064.[3] XC2064 имала програматорски порти и програматорски меѓуповрзаности помеѓу порти, тоа бил почетокот на нова технологија на пазарот.[4] XC2064 содржела 64 конфигурациони логички порти (CLB), со три влеза прегледни таблици (LUT).[5]

Некои од индустриските основни концепти и технологии за програматорски логички низи, порти и логички блокови сепатентирани на името на Дејвид В. Пејџ и Луверн Р. Петерсно во 1985.[6][7]

Во доцните 1980-ти Naval Surface Warfare Department ја почнал експериментот предложен од Стив Каселман за развој на компјутер кој шти ке вклучува 600,000 репрограматорки порти. Проектот бил испешен и системот бил патентиран во 1992.[2]

Xilinx продолжил со неоспорен развој и брз растеж од 1985 до средината на 1990-те, кога конкуренцијата надминала. Веке во 1993, Actel имал околу 18% од пазарот.[4]

1990-те биле експлозивен период за FPGA, во поглед на софистицираноста и волуменот на производство. Во раните 1990-ти, FPGA главно се користеле во телекомуникациите и мрежните поврзаности. Кон крајот на декадата, FPGA веке изградиле и пат кон потрошувачите и индустриските апликативности.[8]

FPGA се прославиле во 1997, кога Адријан Томпсон употребил технологија на генетски алгоритам и FPGA за да создаде уред за распознавање на глас. Томпсоновиот алгорита овозможил низа од 64 x 64 келии коритсјки Xilinx FPGA чип да одлучи која е потребната конфигурација за извршување на гласовни распознавачки задачи.[2]

Модерен развој

Скорешните трендови зеле курс на за однесување на архитектурниот пристап чекор понапред комбинирајки ги логичките блокови и меѓуповрзаности на традиционален FPGA со приложни микропроцесори и поврзани периферии за да формират комплетен "системна програмабилен чип". Оваа работа е огледало на архитектурата на Рон Перлоф и Хана Поташ од Burroughs Advanced Systems Group која комбинирала реконфигурабилна ЦПЕ архитектура на единичен чип наречен SB24. Таа работа била завршена во 1982. Примери ваква хибридна технологија може да биде видена и кај Xilinx Virtex-II PRO и Virtex-4 уредите, кои што вклучуваат еден или повеќе PowerPC процесори приложени во the FPGA логичка фабрика. Atmel FPSLIC е друг таков уред, кој користи AVR процесор во комбинација со Atmel програмабилна логичка архитектура.

Алтернативен приод користејки hard-macro процесори за да се искористи "софт" процесор јадра кои што се имплементирани во FPGA логика. (Види "Софт Процесори", подолу).

Како што е претходно споменато, доста модерни FPGA ја имаат возможноста да бидат репрограмирани во "run time," и ова води до идејата за реконфигурабилно пресметување или реконфигурабилни ситеми — ЦПЕ кои што се реконфигурираат самите себе за да се прилагодат кон извршување задача. Mitrion Virtual Processor од Mitrionics е пример за реконфигурабилен софт процесор, имплементиран на FPGA. Сепак, не поддржува динамичка реконфигурација во runtime, но се адаптира себеси кон специфична програма.

Порти

  • 1987: 9,000 порти, Xilinx[4]
  • 1992: 600,000, Naval Surface Warfare Department[2]
  • Рани 2000-ти: милиони [8]

Големина на пазарот

  • 1985: Прва комерзијална FPGA технологија измислена од страна на Xilinx[4]
  • 1987: $14 милиони[4]
  • ~1993: >$385 милиони[4]
  • 2005: $1.9 билиони[9]
  • 2010 estimates: $2.75 billion [9]

FPGA дазиајн почетоци


FPGA компарација

Историски гледано, FPGA биле бавни, помалки енергентно ефикасни и генерално погледнато постигнале помалку функционалност од нивните фиксирани ASIC прекуделови. Комбинацијата од обем, фабричко подобрување, развој и истражување, И В/И возможности на новите суперкомпјутери ја намалиле перформационата разлика помеѓу ASIC и FPGA.[13]

Основната разлика помеѓу CPLD и FPGA е архитектурна. CPLD има на некој начин рестриктивна структура содржејки се од еден или повеќе пробрамабилни збир-од-продукт логички низи обслучувајки релативно мал број клок регистри. Резултатот од ова е помалку флексибилност, со предноста на пповеке предвидливи временски закаснувања и повисока логика-до-мегуповрзаност повторливост. FPGA архитектурата од друга страна, е доминирана од меѓуповрзаност. Ова ги прави далеку пофлексибилни но исто така и далеку по комплексни за дизајн.

Апликативност/приложеност

Апликации FPGA вклучуваат дигитално сигнално процесуирање, софтверски-дефинирано радио, аеропростор и одбранбени системи, ASIC прототипирање, медицинско отсликување, компјутерска визија, гласовно распознавање, криптографија, биоинформатика, компјутерска хардверска емулација и друго.

Архитектура

Нај застапената FPGA архитектура[14] се состои од низ од конфигурабилни логички блокови (CLB), В/И падови, и рутни канали. Генерално, сите рутнимканали имаат иста тежина (број жици). Повеќе В/И падови може да се совпаднат со бројот редови или колони на низот.

Апликационо колко мора да биде мапирано во FPGA со адекватни ресурси. Додека бројот CLB и И/В кои се потребни се лесно определиви од дисајнот, бројот патеки кој е потребен може значајно да варира дури и кај дизајни со иста логика. Неискористените патеки ја накачуваат цената (и ги намалуваат перформанситеe) од делот кој што не бенифицира, FPGA произведувачите се обидуваат да достават онолку патеку колку што би биле потребни на дизајнерите во однос на искористената.

Класичен FPGA логичен блок се состои од 4 влеза lookup table (LUT), и flip-flop.

 
Типичен логички блок

Има само еден излез, регистер или нерегистриран излез. Логичкиот блок има 4 влеза и клок влез.

 
Локации на пинови на логички блок

Секој влез е достапен од една страна на логичкиот блок, додека излезот може да се конектира со рутни патеки и на истиот блокк или соседен.

Податотека:F c.gif
меѓуповрзаност на рутните патеки со пиновите на логичкиот блок

Аналогно, В/И пад може да се конектира на било кој од жичните сегменти на адаптабилните канали до него. FPGA рутирањето е несегментирано. Секој жичен сегмент троши само еден логички блок пред да заврши во свич кутија. Било кога хоризонтален или вертикален канал да се препокрие, има свич ккутија. Во оваа архитектура, кога жица влезе во свич кутија има три свича кои што овозможуваат да се конектира со дуги три жици.

 
Топологија на свич кутијата

Референци

  1. ↑ 1,0 1,1 FPGA Architecture for the Challenge
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 History of FPGAs
  3. ↑ Peter Clarke, EE Times, "Xilinx, ASIC Vendors Talk Licensing." June 22, 2001. Retrieved February 10, 2009.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 Funding Universe. “Xilinx, Inc.” Retrieved January 15, 2009.
  5. ↑ Clive Maxfield, Programmable Logic DesignLine, "Xilinx unveil revolutionary 65nm FPGA architecture: the Virtex-5 family. May 15, 2006. Retrieved February 5, 2009.
  6. ↑ Google Patent Search, "Re-programmable PLA". Retrieved February 5, 2009.
  7. ↑ Google Patent Search, "Dynamic data re-programmable PLA". Retrieved February 5, 2009.
  8. ↑ 8,0 8,1 Clive Maxfield, book, "The Design Warrior's Guide to FPGAs".Published by Elsevier, 2004. ISBN 0750676043, 9780750676045. Retrieved February 5, 2009
  9. ↑ 9,0 9,1 Dylan McGrath, EE Times, "FPGA Market to Pass $2.7 Billion by '10, In-Stat Says". May 24, 2006. Retrieved February 5, 2009.
  10. ↑ Narinder Lall, eASIC Corporation, "FPGA Judgment Day:Rise of Second Generation Structured ASICs. March, 2008. Retrieved February 5, 2009.
  11. ↑ 11,0 11,1 Dylan McGrath, EE Times, "Gartner Dataquest Analyst Gives ASIC, FPGA Markets Clean Bill of Health". June 13, 2005. Retrieved February 5, 2009.
  12. ↑ Virtex-4 Family Overview
  13. ↑ Bob Pencek, Industrial Embedded Systems, "Reconfigurable Application-Specific Computing: How Hybrid Computer Systems using FPGAs are Changing Signal Processing". No Date. Retrieved February 5, 2009.
  14. ↑ http://www.eecg.toronto.edu/~vaughn/challenge/fpga_arch.html
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=FPGA&oldid=535304“