(Нав ва аслӣ) Дар саҳҳомӣ 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Хусусиятҳои маҳсулот

 Массиви дарвозаи барномарезишавандаи майдон

 Амассиви дарвозаҳои саҳроӣ барномарезишаванда(FPGA) астсхемаи интегралйтарҳрезӣ шудааст, ки аз ҷониби фармоишгар ё дизайнер пас аз истеҳсол танзим карда шавад - аз ин рӯ истилоҳсаҳроӣ барномарезӣ карда мешавад.Конфигуратсияи FPGA одатан бо истифода аз aзабони тавсифи сахтафзор(HDL), ба он монанде, ки барои якмикросхемаҳои интегралӣ барои барнома махсус(ASIC).Диаграммаҳои схемаҳоқаблан барои муайян кардани конфигуратсия истифода мешуданд, аммо ин аз сабаби пайдоиши он торафт кам мешавадавтоматикунонии тарроҳии электронӣасбобхо.

FPGA дорои массивибарномарезишаванда блокҳои мантиқӣ, ва иерархияи пайвастҳои аз нав танзимшаванда, ки имкон медиҳад блокҳо ба ҳам пайваст карда шаванд.Блокҳои мантиқӣ метавонанд барои иҷрои мураккаб танзим карда шавандфунксияҳои комбинатсияи, ё оддӣ амал кунеддарвозаҳои мантиқӣмонандиВАваXOR.Дар аксари FPGAҳо, блокҳои мантиқӣ низ дохил мешавандунсурҳои хотира, ки метавонад оддӣ бошадшиппакҳоё блокҳои пурраи хотира.^[1]Бисёре аз FPGA-ҳоро барои татбиқи гуногун барномарезӣ кардан мумкин астФунксияҳои мантиқӣ, имкон медиҳад, чандиркомпютерҳои аз нав танзимшавандачунон ки дарнармафзори компютерӣ.

FPGAҳо дар он нақши назаррас дорандсистемаи дарунсохтрушд бо сабаби қобилияти онҳо барои оғози таҳияи нармафзори системавӣ дар як вақт бо сахтафзор, имкон додани моделсозии кори система дар марҳилаи хеле аввали таҳия ва имкон додани озмоишҳои гуногуни система ва такрори тарҳрезӣ пеш аз анҷом додани меъмории система.^[2]

Таърих[таҳрир]

Саноати FPGA аз он сабзидхотираи танҳо барои хондан барномарезишаванда(PROM) вадастгоҳҳои мантиқии барномарезишаванда(PLDs).PROMҳо ва PLDҳо ҳарду имкон доштанд, ки дар гурӯҳҳо дар як завод ё дар саҳро барномарезӣ шаванд (барномаи саҳроӣ).^[3]

Алтерасоли 1983 таъсис ёфта, аввалин дастгоҳи мантиқии аз нав барномарезишавандаи соҳаро дар соли 1984 - EP300 -ро пешниҳод кард, ки дар баста равзанаи кварц дошт, ки ба корбарон имкон дод, ки лампаи ултрабунафшро дар қолаб дурахшиданд, то онро тоза кунанд.EPROMҳуҷайраҳое, ки конфигуратсияи дастгоҳро нигоҳ медоштанд.^[4]

Xilinxаввалин майдони барномарезишавандаи аз ҷиҳати тиҷоратӣ қобили истифода истеҳсол карда шудмассиви дарвозасоли 1985^[3]– XC2064.^[5]XC2064 дорои дарвозаҳои барномарезишаванда ва пайвастҳои барномарезишаванда байни дарвозаҳо, оғози технологияи нав ва бозор буд.^[6]XC2064 дорои 64 блоки конфигуратсияшавандаи мантиқӣ (CLB), бо ду се вурудиҷадвалҳои ҷустуҷӯ(ЛУТ).^[7]

Дар соли 1987Маркази ҳарбии баҳрӣтаҷрибаеро, ки Стив Касселман пешниҳод кардааст, барои таҳияи компютере маблағгузорӣ кард, ки 600 000 дарвозаҳои аз нав барномарезишавандаро амалӣ мекунад.Касселман муваффақ шуд ​​ва патенти марбут ба система соли 1992 дода шуд.^[3]

Altera ва Xilinx беэътиноӣ идома доданд ва аз соли 1985 то нимаи солҳои 1990-ум, вақте ки рақибон афзоиш ёфтанд ва як қисми зиёди ҳиссаи бозорашонро аз байн бурд.То соли 1993, Actel (ҳолоМикросемия) кариб 18 фоизи бозорро адо мекард.^[6]

Солҳои 1990-ум давраи афзоиши босуръати FPGA-ҳо ҳам аз ҷиҳати мураккабии схема ва ҳам ҳаҷми истеҳсолот буд.Дар аввали солҳои 1990-ум, FPGAҳо асосан дартелекоммуникациявашабакавӣ.Дар охири даҳсола, FPGAҳо роҳи худро ба барномаҳои истеъмолӣ, автомобилӣ ва саноатӣ пайдо карданд.^[8]

То соли 2013, Altera (31 фоиз), Actel (10 фоиз) ва Xilinx (36 фоиз) якҷоя тақрибан 77 фоизи бозори FPGA-ро ташкил медоданд.^[9]

Ширкатҳо ба монанди Microsoft ба истифодаи FPGA-ҳо барои суръат бахшидан ба системаҳои пурмахсул ва аз ҷиҳати ҳисобталаб (ба монандимарказҳои маълумотки онхоро кор мекунандСистемаи ҷустуҷӯии Bing), аз сабабисамаранокии як ваттбартарии FPGAs интиқол медиҳад.^[10]Microsoft ба истифодаи FPGA оғоз кардтезонданBing дар соли 2014 ва дар соли 2018 ҷойгиркунии FPGA-ро дар дигар сарбории маркази додаҳо барои онҳо оғоз кард.Азур роёниши абрӣплатформа.^[11]

Ҷадвалҳои зерин пешрафтро дар ҷанбаҳои гуногуни тарҳрезии FPGA нишон медиҳанд:

Гейтс

• 1987: 9000 дарвоза, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Шӯъбаи ҷанги рӯизаминӣ^[3]
• Аввали солҳои 2000: миллионҳо^[8]
• 2013: 50 миллион, Xilinx^[12]

Андозаи бозор

• 1985: Аввалин FPGA тиҷоратӣ: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 миллион доллар^[6]
• в.1993: > 385 миллион доллар^{[6][тафтиши ноком]}
• 2005: 1,9 миллиард доллар^[13]
• Ҳисоботи соли 2010: 2,75 миллиард доллар^[13]
• 2013: 5,4 миллиард доллар^[14]
• 2020 тахмин: 9,8 миллиард доллар^[14]

Дизайн оғоз меёбад

Аоғози тарҳрезӣтарҳи нави фармоишӣ барои амалӣ дар FPGA аст.

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

Тарҳрезӣ[таҳрир]

FPGA-ҳои муосир дорои захираҳои зиёдидарвозаҳои мантиқӣва блокҳои RAM барои татбиқи ҳисобҳои мураккаби рақамӣ.Тавре ки тарҳҳои FPGA суръати хеле зуди вуруд / баромад ва маълумоти дуҷониба истифода мешавандавтобусхо, санҷиши вақти дурусти маълумоти дуруст дар давоми вақти насбкунӣ ва нигоҳдорӣ душвор мегардад.

Банақшагирии ошёнаимкон медиҳад, ки захираҳо дар дохили FPGA барои қонеъ кардани ин маҳдудиятҳои вақт.FPGA-ҳо метавонанд барои иҷрои ҳама гуна функсияи мантиқӣ истифода шаванд, ки аASICиҷро карда метавонад.Имконияти навсозии функсия пас аз интиқол,қисман аз нав конфигуратсияяк қисми тарҳрезӣ^[17]ва хароҷоти ками муҳандисии такрорнашаванда нисбат ба тарҳи ASIC (сарфи назар аз арзиши воҳиди баландтар), барои бисёр барномаҳо бартариятҳо пешниҳод мекунанд.^[1]

Баъзе FPGAҳо ба ғайр аз вазифаҳои рақамӣ хусусиятҳои аналогӣ доранд.Хусусияти маъмултарини аналогӣ барномарезишаванда астсуръати гардишдар ҳар як пинҳои баромад, ки ба муҳандис имкон медиҳад, ки нархҳои пастро дар пинҳои сабукбор муқаррар кунад, ки дар акси ҳолҳалқаёҷуфтғайри қобили қабул ва муқаррар кардани суръати баландтар дар пинҳои пурбор дар каналҳои баландсуръат, ки дар акси ҳол хеле суст кор мекунанд.^[18][19]Инчунин маъмулан кварц-осцилляторхои кристалл, осцилляторҳои муқовимат-иқтидори дар чип, ваҳалқаҳои ба фаза басташудабо воридшудаосцилляторхои бо шиддат идорашавандабарои тавлид ва идоракунии соатҳо, инчунин барои сериализатор-десериализатори баландсуръат (SERDES) соатҳои интиқол ва барқарорсозии соати қабулкунанда истифода мешавад.Фарқияти хеле маъмул астмуқоисакунандагондар пинҳои вурудӣ, ки барои пайваст шудан пешбинӣ шудаандсигнализатсияи дифференсиалӣканалхо.Чанд "сигнали омехтаFPGAs» периферии муттаҳидшуда дорандтабдилдиҳандаҳои аналогӣ ба рақамӣ(ADCs) ватабдилдиҳандагони рақамӣ ба аналогӣ(DACs) бо блокҳои кондитсионерии сигнали аналогӣ, ки ба онҳо имкон медиҳанд ҳамчун яксистема дар чип(SoC).^[20]Чунин дастгоҳҳо хатти байни FPGA-ро, ки рақамҳо ва сифрҳоро дар матои дохилии барномарезишавандаи пайвасти худ интиқол медиҳанд, норавшан мекунанд вамассиви аналогӣ дар соҳаи барномарезишаванда(FPAA), ки арзишҳои аналогиро дар матои дохилии барномарезишавандаи пайвасти худ интиқол медиҳад.

Блокҳои мантиқӣ[таҳрир]

Мақолаи асосӣ:Блоки мантиқӣ

Намунаи соддакардашудаи ячейкаи мантиқӣ (LUT -Ҷадвали ҷустуҷӯ, FA -Ҷамъоварии пурра, DFF -Flip-flop-навъи D)

Меъмории маъмултарини FPGA аз массиви иборат астблокҳои мантиқӣ(вобаста ба фурӯшанда блокҳои мантиқии танзимшаванда, CLB ё блокҳои массиви мантиқӣ, LAB ном доранд),Лавҳаҳои вуруд/чор, ва каналҳои масир.^[1]Умуман, ҳама каналҳои масир паҳнии якхела доранд (шумораи симҳо).Якчанд лавҳаҳои вуруд/чорӣ метавонанд ба баландии як сатр ё паҳнои як сутуни массив мувофиқат кунанд.

"Схемаи барнома бояд ба FPGA бо захираҳои мувофиқ харита карда шавад.Гарчанде ки шумораи CLBs/LABs ва I/O-ҳои зарурӣ аз тарҳ ба осонӣ муайян карда мешавад, шумораи роҳҳои масир лозим аст, ҳатто дар байни тарҳҳое, ки миқдори якхелаи мантиқ доранд, метавонанд ба таври назаррас фарқ кунанд.(Масалан, Агузариши чорчӯбамасири бештарро талаб мекунад, назар ба амассиви систоликӣбо ҳамон ҳисоби дарвоза.Азбаски роҳҳои масир истифоданашуда арзиши онро зиёд мекунанд (ва иҷрои онро кам мекунанд) бе ягон фоида, истеҳсолкунандагони FPGA кӯшиш мекунанд, ки танҳо трекҳои кофӣ пешниҳод кунанд, то аксари тарҳҳое, ки аз нуқтаи назари худ мувофиқат кунанд.ҷадвалҳои ҷустуҷӯ(LUTs) ва I/O-ҳо метавонанд бошандравона карда шудааст.Ин аз рӯи ҳисобҳо, ба монанди онҳое, ки аз онҳо гирифта шудаанд, муайян карда мешавадҚоидаи иҷораё тавассути таҷрибаҳо бо тарҳҳои мавҷуда."^[21]Аз соли 2018,шабака дар чипархитектура барои масир ва алокаи байнихамдигарй тартиб дода мешаванд.^{[иқтибос лозим]}

Умуман, блоки мантиқӣ аз якчанд ҳуҷайраҳои мантиқӣ иборат аст (ALM, LE, slice ва ғайра).Ячейкаи маъмулӣ аз LUT-и 4-ворд иборат аст, аиловакунандаи пурра(FA) ва аFlip-flop-навъи D.Инҳо метавонанд ба ду LUT-и 3-вуруд тақсим карда шаванд.Дарҳолати муқаррарӣонҳо ба як LUT 4-воридшуда тавассути якум муттаҳид карда мешавандмултиплексор(мукс).Дарарифметикарежим, натиљањои онњо ба љамъоваранда дода мешавад.Интихоби режим ба мухбири дуюм барномарезӣ карда мешавад.Натиҷа метавонад ҳам бошадсинхронӣёасинхронӣ, вобаста ба барномарезии мухри сеюм.Дар амал, пурра ё қисмҳои ҷамъкунанда мебошандҳамчун функсияҳо нигоҳ дошта мешавандба LUT-ҳо барои сарфа карданфазо.^[22][23][24]

Блокҳои сахт[таҳрир]

Оилаҳои муосири FPGA қобилиятҳои дар боло зикршударо васеъ мекунанд, то функсияҳои сатҳи баландтари дар кремний собитшударо дар бар гиранд.Доштани ин функсияҳои умумӣ, ки дар схема ҷойгир карда шудаанд, майдони талабшударо коҳиш медиҳад ва ба ин функсияҳо нисбат ба сохтани онҳо аз ибтидоии мантиқӣ суръати баландтар медиҳад.Ба ин мисолхо дохил мешавандмултипликаторҳо, умумӣблокҳои DSP,коркардкунандагони дохилшуда, мантиқи мантиқии мантиқии баландсуръат ва дарунсохтхотираҳо.

FPGA-ҳои олӣ метавонанд суръати баландро дар бар гирандинтиқолдиҳандаҳои бисёргигабитӣваядроҳои сахти IPба мислиядроҳои протсессор,Ethernet воҳидҳои идоракунии дастрасии миёна,PCI/PCI Expressконтроллерҳо ва контроллерҳои хотираи беруна.Ин ядроҳо дар баробари матои барномарезишаванда мавҷуданд, аммо онҳо аз он сохта шудаандтранзисторхоба ҷои LUTs, то ки онҳо сатҳи ASIC дорандиҷроиваистеъмоли қувваи барқбе истеъмоли миқдори зиёди захираҳои матоъ, барои мантиқи мушаххаси барнома бештари матоъро ройгон мегузоранд.Интиқолдиҳандаҳои бисёргигабитӣ инчунин схемаи вуруд ва баромади аналогии баландсифатро дар якҷоягӣ бо сериализаторҳои баландсуръат ва десериализаторҳо, ҷузъҳоеро дар бар мегиранд, ки аз LUTҳо сохта намешаванд.Функсияи қабати физикии сатҳи баланд (PHY), ба монандирамзгузории сатрВобаста аз FPGA, метавонад дар якҷоягӣ бо сериализаторҳо ва сериализаторҳо дар мантиқи сахт амалӣ карда шавад ё не.