(Жаңы жана Оригиналдуу) Кампада 3S200A-4FTG256C IC чип XC3S200A-4FTG256C

Продукт атрибуттары

 Талаада программалануучу дарбаза массиви

 Аталаада программалануучу дарбаза массиви(FPGA) болуп саналатинтегралдык схемаөндүрүштөн кийин кардар же дизайнер тарабынан конфигурацияланууга арналган - демек, терминталаада программалануучу.FPGA конфигурациясы көбүнчө a аркылуу аныкталатаппараттык сыпаттоо тили(HDL), ан үчүн колдонулганга окшошколдонмого тиешелүү интегралдык микросхема(ASIC).Электр схемаларымурун конфигурацияны тактоо үчүн колдонулган, бирок бул пайда болгонуна байланыштуу барган сайын сейрек кездешетэлектрондук дизайн автоматташтырууаспаптар.

FPGA массивдерин камтыйтпрограммалоочу логикалык блоктор, жана блокторду бириктирүүгө мүмкүндүк берүүчү кайра конфигурациялануучу өз ара байланыштардын иерархиясы.Логикалык блокторду комплекстүү аткаруу үчүн конфигурациялоого болоткомбинациялык функциялар, же жөнөкөй иш кыллогикалык дарбазаларсыяктууЖАНАжанаXOR.Көпчүлүк FPGAларда логикалык блоктор да киретэс элементтери, бул жөнөкөй болушу мүмкүнфлип-флоптарже эстутумдун толук блоктору.^[1]Көптөгөн FPGA башка ишке ашыруу үчүн кайра программаланышы мүмкүнлогикалык функциялар, ийкемдүү болууга мүмкүндүк береткайра конфигурациялануучу эсептөөжылы аткарылгандайкомпьютердик программа.

FPGAлардын өзгөчө ролу баркамтылган системасистемалык программалык камсыздоону иштеп чыгууну аппараттык жабдыктар менен бир убакта баштоо, системанын иштөөсүн симуляциялоону иштеп чыгуунун эң алгачкы этабында ишке ашыруу жана системанын архитектурасын жыйынтыктоодон мурда системанын ар кандай сыноолоруна жана долбоорлоо итерацияларына уруксат берүү жөндөмдүүлүгүнө байланыштуу иштеп чыгуу.^[2]

тарых[түзөтүү]

FPGA өнөр жайы өсүп чыкканпрограммалануучу окуу үчүн гана эстутум(PROM) жанапрограммалоочу логикалык түзүлүштөр(PLDs).PROMs жана PLDs экөө тең заводдо же талаада партияларда программалоо мүмкүнчүлүгүнө ээ (талаада программалануучу).^[3]

Altera1983-жылы негизделген жана 1984-жылы тармактын биринчи кайра программалануучу логикалык түзүлүшүн - EP300 - пакетте кварц терезеси менен камсыз кылган, ал колдонуучуларга ультра кызгылт көк лампаны өчүрүү үчүн штампка жаркыратууга мүмкүндүк берген.EPROMтүзмөк конфигурациясын кармап турган клеткалар.^[4]

Xilinxбиринчи коммерциялык жактан жарамдуу талаа-программалоочу өндүрүлгөндарбаза массив1985-жылы^[3]– XC2064.^[5]XC2064 жаңы технологиянын жана рыноктун башталышы болгон дарбазалардын ортосунда программалануучу дарбазалар жана программалануучу өз ара байланыштар болгон.^[6]XC2064 64 конфигурациялануучу логикалык блокторго (CLB) ээ, эки үч киргизүү менентаблицаларды издөө(LUTs).^[7]

1987-жылыАскер-деңиз жер үстүндөгү согуш борбору600 000 кайра программалануучу дарбазаларды ишке ашыра турган компьютерди иштеп чыгуу үчүн Стив Кассельман тарабынан сунушталган экспериментти каржылаган.Кассельман ийгиликтүү болуп, системага байланыштуу патент 1992-жылы берилген.^[3]

Altera жана Xilinx талашсыз уланып, 1985-жылдан 1990-жылдардын ортосуна чейин тездик менен өсүп, атаандаштар өсүп, алардын рыноктук үлүшүнүн олуттуу бөлүгүн талкалап салышкан.1993-жылы, Actel (азырMicrosemi) рыноктун 18 процентке жакынын тейлеген.^[6]

1990-жылдар FPGA үчүн схеманын татаалдыгы боюнча да, өндүрүштүн көлөмү боюнча да тез өсүш мезгили болгон.1990-жылдардын башында, FPGAлар негизинен колдонулгантелекоммуникацияларжанатармактык.Он жылдыктын аягында, FPGAлар керектөөчү, унаа жана өнөр жайлык тиркемелерде өз жолун тапты.^[8]

2013-жылга карата Altera (31 пайыз), Actel (10 пайыз) жана Xilinx (36 пайыз) чогуу FPGA рыногунун болжол менен 77 пайызын түзгөн.^[9]

Microsoft сыяктуу компаниялар жогорку өндүрүмдүүлүктөгү, эсептөө интенсивдүү системаларды тездетүү үчүн FPGAларды колдоно башташты (мисалы,маалымат борборлоруаларды иштеткенBing издөө системасы), уламватт үчүн өндүрүмдүүлүкартыкчылыгы FPGAs жеткирет.^[10]Microsoft FPGAлерди колдоно баштадытездетүү2014-жылы Bing, жана 2018-жылы FPGAларды башка маалымат борборлорунун жүктөмдөрү үчүн жайылта баштады.Azure булуттагы эсептөөплатформа.^[11]

Төмөнкү графиктер FPGA дизайнынын ар кандай аспектилериндеги прогрессти көрсөтөт:

Гейтс

• 1987: 9000 дарбаза, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Аскер-деңиз жер үстүндөгү согуш бөлүмү^[3]
• 2000-жылдардын башы: миллиондогон^[8]
• 2013: 50 миллион, Xilinx^[12]

Базардын көлөмү

• 1985: Биринчи коммерциялык FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 миллион доллар^[6]
• в.1993: >385 миллион доллар^{[6][текшерүү ишке ашкан жок]}
• 2005: $1,9 млрд^[13]
• 2010-жылдагы эсептөөлөр: $2,75 млрд^[13]
• 2013-жыл: 5,4 миллиард доллар^[14]
• 2020-жылга баа: 9,8 миллиард доллар^[14]

Дизайн башталат

Адизайн башталышыбир FPGA боюнча ишке ашыруу үчүн жаңы салт дизайн болуп саналат.

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

Дизайн[түзөтүү]

Заманбап FPGAлар чоң ресурстарга ээлогикалык дарбазаларжана татаал санариптик эсептөөлөрдү ишке ашыруу үчүн RAM блоктору.Анткени FPGA дизайны абдан тез киргизүү/чыгаруу ылдамдыгын жана эки багыттуу маалыматтарды колдонотавтобустар, орнотуу жана кармоо убактысынын ичинде жарактуу маалыматтардын туура убакытын текшерүү кыйынга турат.

Кабат пландооБул убакыт чектөөлөрүн канааттандыруу үчүн FPGA ичинде ресурстарды бөлүштүрүүгө мүмкүндүк берет.FPGA ар кандай логикалык функцияны ишке ашыруу үчүн колдонулушу мүмкүнASICаткара алат.Жеткирүүдөн кийин функцияны жаңыртуу мүмкүнчүлүгү,жарым-жартылай кайра конфигурациялоодизайндын бир бөлүгү^[17]жана ASIC дизайнына салыштырмалуу аз кайталанбаган инженердик чыгымдар (жалпысынан бирдиктин баасы жогору болгонуна карабастан), көптөгөн колдонмолор үчүн артыкчылыктарды сунуштайт.^[1]

Кээ бир FPGAлар санариптик функциялардан тышкары аналогдук өзгөчөлүктөргө ээ.Эң кеңири таралган аналогдук өзгөчөлүк - бул программалоочуайлануу ылдамдыгыар бир чыгуучу пинде инженерге жеңил жүктөлгөн төөнөгүчтөр үчүн төмөн тарифтерди коюуга мүмкүндүк берет, башкача айткандашакекжежубайларкабыл алынгыс жана жогорку ылдамдыктагы каналдардагы катуу жүктөлгөн төөнөгүчтөргө жогорку чендерди коюу, антпесе өтө жай иштей турган.^[18][19]Ошондой эле кеңири таралган кварц-кристаллдык осцилляторлор, чиптеги каршылык-сыйымдуулук осцилляторлору, жанафазалык кулпуланган циклдеркамтылган мененчыңалуу менен башкарылуучу осцилляторлорсааттарды түзүү жана башкаруу, ошондой эле жогорку ылдамдыктагы сериализатор-десериализатор (SERDES) берүү сааттарын жана кабыл алуучу саатты калыбына келтирүү үчүн колдонулат.Бир кыйла кеңири таралган айырмачылыктарсалыштыргычтартуташтыруу үчүн иштелип чыккан киргизүү пиндериндедифференциалдык сигнализацияканалдар.Бир нече "аралаш сигналFPGAs” интеграцияланган перифериялык түзүлүшкө ээаналогдук-санариптик өзгөрткүчтөр(ADCs) жанасанариптик-аналогдук өзгөрткүчтөр(DACs) аналогдук сигналды кондициялоочу блоктору бар, алар бир катары иштөөгө мүмкүндүк беретчипте система(SoC).^[20]Мындай түзүлүштөр FPGA ортосундагы сызыкты бүдөмүктөйт, ал өзүнүн ички программалануучу өз ара байланыш түзүмүндө санариптик жана нөлдөрдү алып жүрөт жанаталаада программалануучу аналогдук массив(FPAA).

Логикалык блоктортүзөтүү]

Негизги макала:Логикалык блок

Логикалык клетканын жөнөкөйлөштүрүлгөн мисалы (LUT -Издөө таблицасы, FA -Толук кошуучу, DFF -D тибиндеги флип-флоп)

Эң кеңири таралган FPGA архитектурасы массивден туратлогикалык блоктор(сатуучуга жараша конфигурациялануучу логикалык блоктор, CLB же логикалык массив блоктору, LAB деп аталат),Киргизүү/чыгаруу аянтчалары, жана каналдарды багыттоо.^[1]Жалпысынан, бардык маршруттук каналдардын туурасы бирдей (зымдардын саны).Бир нече киргизүү/чыгарма такталары массивдеги бир катардын бийиктигине же бир мамычанын туурасына туура келиши мүмкүн.

"Колдонмо схемасы адекваттуу ресурстар менен FPGAга түшүрүлүшү керек.Талап кылынган CLB/LAB жана I/O саны долбоордон оңой эле аныкталса да, керектүү маршруттук тректердин саны логикасы бирдей өлчөмдөгү конструкциялардын арасында да бир топ айырмаланышы мүмкүн.(Мисалы, акайчылаш тилкесиа караганда көбүрөөк багыттоо талап кылынатсистоликалык массивошол эле дарбаза саны менен.Пайдаланылбаган маршруттук тректер эч кандай пайда бербестен бөлүктүн баасын жогорулатат (жана өндүрүмдүүлүгүн төмөндөтөт), FPGA өндүрүүчүлөрү жетиштүү тректерди берүүгө аракет кылышат, андыктан көпчүлүк конструкциялар ылайыктуу болот.таблицаларды издөө(LUTs) жана I/O болушу мүмкүнбагытталган.Бул алынгандар сыяктуу болжолдор менен аныкталатАренда эрежесиже болгон конструкциялар менен эксперименттер аркылуу».^[21]2018-жылга карата,чипте тармакбагыттоо жана өз ара байланыш үчүн архитектура иштелип жатат.^{[цитата керек]}

Жалпысынан алганда, логикалык блок бир нече логикалык уячалардан турат (ALM, LE, slice ж.б. деп аталат).Кадимки клетка 4-киргизүүчү LUT, а тураттолук кошуучу(FA) жана аD тибиндеги флип-флоп.Булар эки 3 кирүүчү LUTге бөлүнүшү мүмкүн.Inкадимки режимбулар биринчи аркылуу 4-киргизүүчү LUTга бириктирилетмультиплексор(mux).Inарифметикарежиминде, алардын чыгышы суммарга берилет.Режимди тандоо экинчи мультка программаланган.Чыгуу да болушу мүмкүнсинхрондуужеасинхрондуу, Үчүнчү мухтин программалоосуна жараша.Иш жүзүндө, толуктоочтун бүтүндөй же бөлүктөрү болуп саналатфункциялар катары сакталатсактап калуу үчүн LUTsкосмос.^[22][23][24]

Катуу блоктор[түзөтүү]

Заманбап FPGA үй-бүлөлөрү кремнийде бекитилген жогорку деңгээлдеги функцияларды камтуу үчүн жогорудагы мүмкүнчүлүктөрдү кеңейтет.Бул жалпы функциялардын схемага камтылган болушу талап кылынган аймакты азайтат жана бул функцияларды логикалык примитивдерден курууга салыштырмалуу ылдамдыгын жогорулатат.Буга мисалдар киреткөбөйтүүчүлөр, жалпыDSP блоктору,камтылган процессорлор, жогорку ылдамдыктагы I/O логикасы жана камтылганэскерүүлөр.

Жогорку класстагы FPGAлар жогорку ылдамдыкты камтышы мүмкүнкөп гигабиттик трансиверлержанакатуу IP өзөктөрүсыяктуупроцессор өзөктөрү,Ethernet орто жетүүнү башкаруу бирдиктери,PCI/PCI Expressконтроллерлор жана тышкы эс контроллерлору.Бул өзөктөр программалоочу кездеме менен бирге бар, бирок алар курулгантранзисторлорордуна LUTs, ошондуктан алар ASIC-деңгээли бараткаруужанаэнергия керектөөкездеменин ресурстарынын олуттуу көлөмүн керектебестен, колдонууга тиешелүү логика үчүн кездеменин көбүн бош калтырат.Көп гигабиттик кабыл алгычтар ошондой эле жогорку натыйжалуу аналогдук киргизүү жана чыгаруу схемасын, ошондой эле жогорку ылдамдыктагы сериализаторлорду жана десериализаторлорду камтыйт, аларды LUTтерден курууга болбойт.сыяктуу жогорку деңгээлдеги физикалык катмардын (PHY) функцияларысызык коддооFPGAга жараша катаал логикада сериализаторлор жана сериализаторлор менен бирге ишке ашырылышы мүмкүн же аткарылбашы мүмкүн.