(Ùr & Tùsail) Ann an stoc 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Feartan toraidh

 Raon geata prògramaichte achadh

 Araon geata prògramaichte achadh(FPGA) tha ancuairt aonaichteair a dhealbhadh airson a bhith air a rèiteachadh le neach-ceannach no dealbhaiche às deidh saothrachadh - mar sin an teirmraon-prògramaichte.Tha rèiteachadh FPGA mar as trice air a shònrachadh le bhith a’ cleachdadh acànan tuairisgeul bathar-cruaidh(HDL), coltach ris an fhear a chleachdar airson ancuairt aonaichte sònraichte airson tagradh(ASIC).Circuit diagramsair an cleachdadh roimhe gus an rèiteachadh a shònrachadh, ach tha seo a’ sìor fhàs tearc mar thoradh air teachd a-steachfèin-ghluasad dealbhadh dealanachinnealan.

Ann am FPGAn tha sreath deprògramaichte blocaichean loidsig, agus rangachd de eadar-cheanglaichean ath-rèiteachaidh a leigeas le blocaichean a bhith air an ceangal ri chèile.Faodar blocaichean loidsig a rèiteachadh gus iom-fhillte a dhèanamhgnìomhan co-mheasgaichte, no a bhith cho sìmplidhgeataichean loidsigcoltachAGUSagusXOR.Anns a 'mhòr-chuid de FPGAn, tha blocaichean loidsig cuideachd a' gabhail a-steacheileamaidean cuimhne, a dh'fhaodadh a bhith sìmplidhflip-flopsno blocaichean cuimhne nas coileanta.^[1]Faodar mòran FPGAn ath-chlàradh gus diofar a chuir an gnìomhgnìomhan loidsig, a 'ceadachadh sùbailtecoimpiutaireachd ath-eagraichtemar a rinneadh ann anbathar-bog coimpiutair.

Tha àite iongantach aig FPGAn ann ansiostam freumhaichteleasachadh air sgàth an comas air leasachadh bathar-bog siostam a thòiseachadh aig an aon àm ri bathar-cruaidh, a’ comasachadh samhlaidhean coileanaidh siostam aig ìre glè thràth den leasachadh, agus a’ ceadachadh diofar dheuchainnean siostam agus ath-aithrisean dealbhaidh mus cuir iad crìoch air ailtireachd an t-siostaim.^[2]

Eachdraidh[deasaich]

Thàinig gnìomhachas FPGA a-mach àcuimhne leughaidh a-mhàin prògramaichte(PROM) agusinnealan loidsig prògramaichte(PLDs).Bha an roghainn aig PROMs agus PLDn a bhith air am prògramadh ann an baidsean ann am factaraidh no san raon (prògramaichte achaidh).^[3]

Altaraa stèidheachadh ann an 1983 agus lìbhrig e a’ chiad inneal loidsig ath-chlàraichte sa ghnìomhachas ann an 1984 - an EP300 - anns an robh uinneag èiteag sa phacaid a leig le luchd-cleachdaidh lampa ultra-bhiolet a deàrrsadh air a’ bhàs gus anEPROMceallan aig an robh rèiteachadh an uidheim.^[4]

Xilinxchruthaich a’ chiad phrògram-raoin a bha comasach gu malairteachraon geataann an 1985^[3]– an XC2064.^[5]Bha geataichean prògramaichte aig an XC2064 agus eadar-cheanglaichean prògramaichte eadar geataichean, toiseach teicneòlas ùr agus margaidh.^[6]Bha 64 blocaichean loidsig rèiteachaidh (CLBn) aig an XC2064, le dà chuir a-steach trìbùird lorg(LUTan).^[7]

Ann an 1987, chaidh anIonad Cogaidhean Uachdar a’ Chabhlaichmaoineachadh deuchainn a mhol Steve Casselman gus coimpiutair a leasachadh a chuireadh an sàs 600,000 geata ath-chlàraichte.Bha Casselman soirbheachail agus chaidh peutant co-cheangailte ris an t-siostam a chuir a-mach ann an 1992.^[3]

Lean Altera agus Xilinx gun dùbhlan agus dh’ fhàs iad gu luath bho 1985 gu meadhan nan 1990n nuair a dh’ fhàs farpaisich, a’ bleith cuid mhath den roinn margaidh aca.Le 1993, bha Actel (a-nisMicrosemi) a’ frithealadh mu 18 sa cheud den mhargaidh.^[6]

B’ e àm fàs luath a bh’ anns na 1990n airson FPGAn, an dà chuid a thaobh sòghalachd chuairtean agus meud cinneasachaidh.Tràth anns na 1990n, chaidh FPGAn a chleachdadh sa mhòr-chuid ann antele-chonaltradhaguslìonrachadh.Ro dheireadh na deichead, lorg FPGAn an slighe a-steach do thagraidhean luchd-cleachdaidh, càraichean agus gnìomhachais.^[8]

Ro 2013, bha Altera (31 sa cheud), Actel (10 sa cheud) agus Xilinx (36 sa cheud) còmhla a 'riochdachadh mu 77 sa cheud de mhargaidh FPGA.^[9]

Tha companaidhean mar Microsoft air tòiseachadh a’ cleachdadh FPGAn gus siostaman àrd-choileanaidh, dian a luathachadh (mar anionadan dàtaa tha ag obrachadh an cuidBing einnsean sgrùdaidh), air sgàth ancoileanadh gach wattbuannachd a bheir FPGAn seachad.^[10]Thòisich Microsoft a’ cleachdadh FPGAn guluathaichThòisich Bing ann an 2014, agus ann an 2018 a’ cleachdadh FPGAn thairis air eallach obrach ionadan dàta eile airson anAzure coimpiutaireachd neòilàrd-ùrlar.^[11]

Tha na loidhnichean-tìm a leanas a’ nochdadh adhartas ann an diofar thaobhan de dhealbhadh FPGA:

Geataichean

• 1987: 9,000 geata, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Roinn Cogadh Uachdar a’ Chabhlaich^[3]
• Tràth sna 2000an: milleanan^[8]
• 2013: 50 millean, Xilinx^[12]

Meud margaidh

• 1985: A’ chiad FPGA malairteach: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 millean^[6]
• c.1993: >$385 millean^{[6][dearbhadh air fàilligeadh]}
• 2005: $1.9 billean^[13]
• Measaidhean 2010: $2.75 billean^[13]
• 2013: $5.4 billean^[14]
• Measadh 2020: $9.8 billean^[14]

Dealbhadh a 'tòiseachadh

Atòiseachadh dealbhadhna dhealbhadh àbhaisteach ùr airson a bhuileachadh air FPGA.

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

dealbhadh[deasaich]

Tha goireasan mòra aig FPGAn an latha an-diughgeataichean loidsigagus blocaichean RAM gus àireamhachadh didseatach iom-fhillte a chuir an gnìomh.Mar a bhios dealbhadh FPGA a’ cleachdadh ìrean I/O gu math luath agus dàta dà-thaobhachbusaichean, bidh e na dhùbhlan dearbhadh àm ceart dàta dligheach taobh a-staigh ùine rèiteachaidh agus ùine a chumail.

Dealbhadh ùrlaira’ comasachadh riarachadh ghoireasan taobh a-staigh FPGAn gus na cuingeadan ùine sin a choileanadh.Faodar FPGAn a chleachdadh gus gnìomh loidsigeach sam bith a chuir an gnìomh aASICurrainn coileanadh.An comas an comas-gnìomh ùrachadh às deidh an lìbhrigeadh,ath-rèiteachadh pàirtde phàirt den dealbhadh^[17]agus tha na cosgaisean innleadaireachd ìosal neo-ath-chuairteach an coimeas ri dealbhadh ASIC (a dh’ aindeoin cosgais aonaid nas àirde san fharsaingeachd), a’ tabhann buannachdan airson iomadh tagradh.^[1]

Tha feartan analog aig cuid de FPGAn a bharrachd air gnìomhan didseatach.Is e am feart analog as cumanta prògramaichteastar slaodachair gach prìne toraidh, a’ leigeil leis an innleadair ìrean ìosal a shuidheachadh air prìneachan air an luadhadh gu aotrom a dhèanadh air dhòigh eilefàinneneocàraidneo-iomchaidh, agus ìrean nas àirde a shuidheachadh air prìneachan làn luchdaichte air seanalan àrd-astar a bhiodh a’ ruith ro shlaodach air dhòigh eile.^[18][19]Cuideachd cumanta tha quartz-oscillators criostal, air-chip resist-capacitance oscillators, aguslùban glaiste ìrele freumhaichteoscillators fo smachd bholtaidsair a chleachdadh airson gineadh is riaghladh gleoc a bharrachd air airson gleocaichean tar-chuir serializer-deserializer (SERDES) aig astar luath agus faighinn seachad air gleoc glacadair.Tha eadar-dhealachaidhean gu math cumantacoimeasaireanair prìneachan cuir a-steach air an dealbhadh gus a bhith ceangailte riscomharran eadar-dhealaichteseanailean.Beagan "comharra measgaichteTha iomaill aonaichte aig FPGAnluchd-tionndaidh analog-gu-didseatach(ADCs) agusluchd-tionndaidh didseatach-gu-analog(DACn) le blocaichean suidheachadh comharran analog a’ leigeil leotha obrachadh mar asiostam-air-a-chip(SoC).^[20]Bidh innealan mar seo a’ blur na loidhne eadar FPGA, a bhios a’ giùlan feadhainn didseatach agus neamhan air an aodach eadar-cheangail prògramaichte a-staigh, agussreath analog prògramaichte achadh(FPAA), aig a bheil luachan analog air an aodach eadar-cheangail prògramaichte a-staigh aige.

Blocaichean loidsig[deasaich]

Prìomh artaigil:Bloc loidsig

Eisimpleir shìmplidh de chill loidsig (LUT -Clàr lorg, FA -Snàthadair làn, DFF -Seòrsa D flip-flop)

Tha an ailtireachd FPGA as cumanta a’ toirt a-steach sreath deblocaichean loidsig(ris an canar blocaichean loidsig rèiteachaidh, CLBn, no blocaichean rèite loidsig, LABn, a rèir an neach-reic),padaichean I/O, agus slighean slighe.^[1]San fharsaingeachd, tha an aon leud (àireamh uèirichean) aig a h-uile seanal slighe.Faodaidh grunn phlocan I/O a bhith a’ freagairt air àirde aon sreath no leud aon cholbh san raon.

“Feumar cuairt tagraidh a mhapadh ann am FPGA le goireasan iomchaidh.Ged a tha an àireamh de CLBn/LABn agus I/Os a tha a dhìth air a dhearbhadh gu furasta bhon dealbhadh, faodaidh an àireamh de shlighean slighe a dh’ fheumar atharrachadh gu mòr eadhon am measg dhealbhaidhean leis an aon uiread de loidsig.(Mar eisimpleir, ationndadh crois-bhàrfeumach air tòrr a bharrachd slighe na asreath systolicleis an aon chunntas geata.Leis gu bheil slighean slighe nach eilear a’ cleachdadh a’ meudachadh cosgais (agus a’ lughdachadh coileanadh) na pàirt gun a bhith a’ toirt seachad buannachd sam bith, bidh luchd-saothrachaidh FPGA a’ feuchainn ri slighean dìreach gu leòr a thoirt seachad gus am bi a’ mhòr-chuid de dhealbhaidhean a’ freagairt air.bùird lorg(LUTs) agus faodaidh I/Os a bhithair a ruagadh.Tha seo air a dhearbhadh le tuairmsean mar an fheadhainn a thàinig bhoRiaghailt màilno le deuchainnean le dealbhaidhean a th’ ann mar-thà.”^[21]Bho 2018,lìonra-air-chipthathas a’ leasachadh ailtireachd airson slighe agus eadar-cheangal.^{[luaidh a dhìth]}

San fharsaingeachd, tha bloc loidsig air a dhèanamh suas de ghrunn cheallan loidsigeach (ris an canar ALM, LE, slice msaa).Tha cealla àbhaisteach air a dhèanamh suas de LUT 4-chur a-steach, alìon-nimhe(FA) agus aSeòrsa D flip-flop.Dh’ fhaodadh iad sin a bhith air an roinn ann an dà LUT 3-cuir a-steach.Annsmodh àbhaisteachtha iad sin air an cur còmhla ann an LUT 4-cuir a-steach tron ​​​​chiad fhearioma-fhillteadair(muc).Annsàireamhachdmodh, tha na toraidhean aca air am biathadh don nathair.Tha an taghadh modh air a phrògramadh a-steach don dàrna mux.Faodaidh an toradh a bhith an dàrna cuidsioncronachneoasyncronach, a rèir prògramadh an treas mux.Ann an cleachdadh, tha an nathair gu lèir no pàirtean dhethair a stòradh mar ghnìomhana-steach do na LUTn gus sàbhaladhàite.^[22][23][24]

Blocaichean cruaidh[deasaich]

Bidh teaghlaichean FPGA an latha an-diugh a’ leudachadh air na comasan gu h-àrd gus a bhith a’ toirt a-steach comas-gnìomh aig ìre nas àirde a tha stèidhichte ann an sileaconach.Le bhith a’ faighinn nan gnìomhan cumanta sin freumhaichte sa chuairt lughdaichidh sin an raon a tha a dhìth agus bheir sin barrachd astar do na gnìomhan sin an coimeas ri bhith gan togail bho phrìomhachasan loidsigeach.Tha eisimpleirean dhiubh sin a’ toirt a-steachluchd-iomadachaidh, gnèitheachBlocaichean DSP,pròiseasairean freumhaichte, loidsig I / O aig astar àrd agus freumhaichtecuimhneachain.

Faodaidh astar àrd a bhith ann am FPGAn àrd-ìretransceivers ioma-gigabitaguscorailean IP cruaidhLeithidcores pròiseasar,Ethernet aonadan smachd ruigsinneachd meadhanach,PCI/PCI Expressluchd-riaghlaidh, agus luchd-riaghlaidh cuimhne taobh a-muigh.Tha na coraichean sin ann còmhla ris an aodach prògramaichte, ach tha iad air an togail a-mach àtransistorsan àite LUTs gus am bi ìre ASIC acacoileanadhaguscaitheamh cumhachdgun a bhith ag ithe mòran de ghoireasan aodaich, a’ fàgail barrachd den aodach saor airson an loidsig a tha sònraichte don tagradh.Anns na transceivers ioma-gigabit cuideachd tha cuir a-steach analog àrd-choileanadh agus cuairteachadh toraidh còmhla ri serializers àrd-astar agus deserializers, co-phàirtean nach gabh togail a-mach à LUTn.Gnìomh còmhdach corporra àrd-ìre (PHY) leithidcòdadh loidhnedh’ fhaodadh no nach tèid a chuir an gnìomh còmhla ris na serializers agus deserializers ann an loidsig chruaidh, a rèir an FPGA.