(Ново и оригинално) На лагеру 3С200А-4ФТГ256Ц ИЦ чип КСЦ3С200А-4ФТГ256Ц

Атрибути производа

 Програмабилни низ капија

 Апоље програмабилних капија(ФПГА) јеинтегрално колодизајниран да га конфигурише купац или дизајнер након производње – отуда и терминпрограмирање на терену.ФПГА конфигурација се генерално специфицира помоћу ајезик описа хардвера(ХДЛ), слично оном који се користи за анинтегрисано коло специфично за примену(АСИЦ).Дијаграми коласу се раније користили за спецификацију конфигурације, али је то све ређе због појавеаутоматизација електронског дизајнаалата.

ФПГА садрже низ одпрограмабилан логички блокови, и хијерархију реконфигурабилних интерконекција које омогућавају да блокови буду повезани заједно.Логички блокови се могу конфигурисати да раде сложенокомбинационих функција, или се понашајте једноставнологичке капијекаоИиКСОР.У већини ФПГА, логички блокови такође укључујумеморијски елементи, што може бити једноставноПапучеили потпуније блокове меморије.^[1]Многи ФПГА се могу репрограмирати за имплементацију различитихлогичке функције, омогућавајући флексибиланреконфигурабилно рачунарствокако се изводи урачунарски софтвер.

ФПГА имају изузетну улогу ууграђени системразвој због њихове способности да започну развој системског софтвера истовремено са хардвером, омогућавају симулације перформанси система у врло раној фази развоја и омогућавају различите системске пробе и итерације дизајна пре финализације архитектуре система.^[2]

Историја[Уредити]

ФПГА индустрија је изникла изпрограмабилна меморија само за читање(ПРОМ) ипрограмабилни логички уређаји(ПЛДс).ПРОМ и ПЛД-ови су имали могућност програмирања у серијама у фабрици или на терену (програмабилно на терену).^[3]

Алтераје основан 1983. године и испоручио је први логички уређај у индустрији који се може репрограмирати 1984. године – ЕП300 – који је имао кварцни прозор у пакету који је омогућавао корисницима да сијају ултраљубичасту лампу на матрицу како би избрисалиЕПРОМћелије које су држале конфигурацију уређаја.^[4]

Ксилинкпроизвео прву комерцијално одрживу могућност програмирања на теренуниз капија1985. године^[3]– КСЦ2064.^[5]КСЦ2064 је имао програмабилне капије и програмабилне интерконекције између капија, почетке нове технологије и тржишта.^[6]КСЦ2064 је имао 64 конфигурабилна логичка блока (ЦЛБ), са два три улазатабеле за тражење(ЛУТс).^[7]

Године 1987Центар за морнаричко површинско ратовањефинансирао експеримент који је предложио Стеве Цасселман за развој рачунара који би имплементирао 600.000 капија које се могу репрограмирати.Цасселман је био успешан и патент везан за систем је издат 1992. године.^[3]

Алтера и Ксилинк су наставили без изазова и брзо су расли од 1985. до средине 1990-их када су се појавили конкуренти, нагризајући значајан део њиховог тржишног удела.До 1993. Ацтел (садаМицросеми) је опслуживао око 18 процената тржишта.^[6]

Деведесете су биле период брзог раста за ФПГА, како у софистицираности кола, тако и по обиму производње.Почетком 1990-их, ФПГА су се првенствено користили утелекомуникацијеиумрежавање.До краја деценије, ФПГА су се нашли у потрошачким, аутомобилским и индустријским апликацијама.^[8]

До 2013. године, Алтера (31 проценат), Ацтел (10 процената) и Ксилинк (36 процената) заједно су представљали приближно 77 процената тржишта ФПГА.^[9]

Компаније попут Мицрософта почеле су да користе ФПГА да убрзају системе високих перформанси, рачунарски интензивне (попутдата центрикоји оперишу својимБинг претраживач), збогперформансе по ватупредност коју пружају ФПГА.^[10]Мицрософт је почео да користи ФПГА заубрзатиБинг је 2014. и 2018. почео да примењује ФПГА у другим радним оптерећењима центра података заАзуре цлоуд цомпутингплатформа.^[11]

Следећи временски оквири указују на напредак у различитим аспектима дизајна ФПГА:

Гатес

• 1987: 9.000 капија, Ксилинк^[6]
• 1992: 600.000, Одељење за поморско површинско ратовање^[3]
• Ране 2000-те: милиони^[8]
• 2013: 50 милиона, Ксилинк^[12]

Величина продавнице

• 1985: Први комерцијални ФПГА: Ксилинк КСЦ2064^[5][6]
• 1987: 14 милиона долара^[6]
• ц.1993: >385 милиона долара^{[6][неуспела верификација]}
• 2005: 1,9 милијарди долара^[13]
• Процене за 2010: 2,75 милијарди долара^[13]
• 2013: 5,4 милијарде долара^[14]
• Процена за 2020: 9,8 милијарди долара^[14]

Дизајн почиње

Апочетак дизајнаје нови прилагођени дизајн за имплементацију на ФПГА.

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

Дизајн[Уредити]

Савремени ФПГА имају велике ресурселогичке капијеи РАМ блокове за имплементацију сложених дигиталних прорачуна.Како ФПГА дизајни користе веома велике И/О брзине и двосмерне податкеаутобуси, постаје изазов потврдити тачан тајминг ваљаних података у времену подешавања и времена чекања.

Подно планирањеомогућава алокацију ресурса унутар ФПГА да би се испунила ова временска ограничења.ФПГА се могу користити за имплементацију било које логичке функције коју анАСИЦможе извести.Могућност ажурирања функционалности након испоруке,делимична реконфигурацијадела дизајна^[17]и ниски трошкови инжењеринга који се не понављају у односу на АСИЦ дизајн (без обзира на генерално већу јединичну цену), нуде предности за многе апликације.^[1]

Неки ФПГА имају аналогне карактеристике поред дигиталних функција.Најчешћа аналогна карактеристика је програмабилнауби стопана сваком излазном пину, омогућавајући инжењеру да подеси ниске стопе на лагано оптерећеним пиновима који би иначепрстенилипарнеприхватљиво, и да се поставе веће стопе на јако оптерећене пинове на каналима велике брзине који би иначе радили преспоро.^[18][19]Такође су уобичајени кварц-кристални осцилатори, осцилатори отпорности капацитивности на чипу, ифазно закључане петљеса уграђенимнапонски контролисани осцилаторикористи се за генерисање и управљање тактом, као и за брзи серијализатор-десеријализатор (СЕРДЕС) преносни такт и опоравак такта пријемника.Прилично чести су диференцијалникомпараторина улазним пиновима дизајнираним за повезивањедиференцијална сигнализацијаканала.Неколико "мешовити сигналФПГА” имају интегрисану периферијуаналогно-дигитални претварачи(АДЦ) идигитално-аналогни претварачи(ДАЦ) са блоковима за кондиционирање аналогног сигнала који им омогућавају да раде као асистем-на-чипу(СоЦ).^[20]Такви уређаји замагљују линију између ФПГА, који носи дигиталне јединице и нуле на својој интерној програмабилној мрежи за повезивање, ианалогни низ који се може програмирати на терену(ФПАА), који носи аналогне вредности на свом интерном програмабилном ткиву међусобног повезивања.

Логички блокови[Уредити]

Главни чланак:Логички блок

Поједностављени пример илустрације логичке ћелије (ЛУТ –Табела за тражење, ФА –Пуна збрајалица, ДФФ –Д-тип флип-флоп)

Најчешћа ФПГА архитектура се састоји од низалогички блокови(који се називају конфигурабилни логички блокови, ЦЛБ или блокови логичког низа, ЛАБ, у зависности од добављача),И/О јастучићи, и канали за рутирање.^[1]Генерално, сви канали за усмеравање имају исту ширину (број жица).Више улазно/излазних плочица може стати у висину једног реда или ширину једне колоне у низу.

„Коло апликације мора бити мапирано у ФПГА са адекватним ресурсима.Док се број потребних ЦЛБ/ЛАБ-ова и И/О-ова лако одређује из дизајна, број потребних стаза за рутирање може значајно да варира чак и међу дизајном са истом количином логике.(На пример, апопречни прекидачзахтева много више рутирања него асистолни низса истим бројем капија.Пошто неискоришћене траке за рутирање повећавају цену (и смањују перформансе) дела без икакве користи, произвођачи ФПГА покушавају да обезбеде довољно стаза тако да већина дизајна одговара у смислутабеле за тражење(ЛУТ) и И/О могу битирутирано.Ово се одређује проценама као што су оне изведене изПравило рентеили експериментима са постојећим дизајном."^[21]Од 2018.мрежа на чипуразвијају се архитектуре за рутирање и међусобно повезивање.^{[потребан цитат]}

Генерално, логички блок се састоји од неколико логичких ћелија (које се називају АЛМ, ЛЕ, слице итд.).Типична ћелија се састоји од ЛУТ-а са 4 улаза, апуни сабирач(ФА) и аД-тип флип-флоп.Они се могу поделити на два ЛУТ-а са 3 улаза.Иннормалони се комбинују у ЛУТ са 4 улаза кроз првимултиплексер(мук).Инаритметикамоду, њихови излази се напајају сабирачу.Избор режима је програмиран у другом муксу.Излаз може бити било којисинхрониилиасинхрони, у зависности од програмирања трећег мук-а.У пракси су цела или делови сабиривачасачуване као функцијеу ЛУТ-ове да бисте сачувалипростор.^[22][23][24]

Тврди блокови[Уредити]

Модерне породице ФПГА проширују горе наведене могућности да би укључиле функционалност вишег нивоа фиксну у силикону.Уграђивање ових уобичајених функција у коло смањује потребну површину и даје тим функцијама већу брзину у поређењу са њиховом изградњом од логичких примитива.Примери ових укључујумножитељи, општиДСП блокови,уграђени процесори, велике брзине И/О логике и уграђенеуспомене.

Виши ФПГА уређаји могу да садрже велику брзинумулти-гигабитни примопредајнициитврда ИП језгракао такавпроцесорска језгра,мрежни средње јединице за контролу приступа,ПЦИ/ПЦИ Екпрессконтролери и контролери екстерне меморије.Ова језгра постоје поред програмабилне тканине, али су направљена одтранзисториуместо ЛУТ-ова тако да имају АСИЦ нивоперформансеипотрошња струјебез трошења значајне количине ресурса тканине, остављајући више материјала слободног за логику специфичну за апликацију.Мулти-гигабитни примопредајници такође садрже аналогна улазна и излазна кола високих перформанси заједно са брзим серијализаторима и десеријализаторима, компонентама које се не могу изградити од ЛУТ-ова.Функционалност физичког слоја вишег нивоа (ПХИ) као нпрлинијско кодирањеможе или не мора бити имплементиран заједно са серијализаторима и десеријализаторима у тврдој логици, у зависности од ФПГА.