Innbyggður hringrás IC Chip Rafeindahlutur XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

Eiginleikar vöru

Tilkynna villu í vöruupplýsingum

Skoða svipað

Skjöl og miðlar

Umhverfis- og útflutningsflokkanir

Velforritanleg hliðarfylki

Asvið-forritanleg hliðarfylki(FPGA) ersamþætt hringráshannað til að vera stillt af viðskiptavini eða hönnuði eftir framleiðslu - þess vegna hugtakiðforritanleg á vettvangi.FPGA stillingin er almennt tilgreind með alýsingartungumál vélbúnaðar(HDL), svipað því sem notað er fyrir anforritssértæk samþætt hringrás(ASIC).Hringrásarmyndirvoru áður notaðir til að tilgreina stillingar, en það er æ sjaldgæfara vegna tilkomurafræn hönnun sjálfvirkniverkfæri.

FPGA innihalda fjölda afforritanlegt rökfræðiblokkir, og stigveldi endurstillanlegra samtenginga sem gerir kleift að tengja blokkir saman.Hægt er að stilla rökfræðiblokkir til að framkvæma flóknarsamsettar aðgerðir, eða haga sér eins einfaltrökfræðileg hliðeins ogOGogXOR.Í flestum FPGA eru rökfræðilegar blokkir einnig meðminnisþætti, sem getur verið einfaltSandalareða fullkomnari minnisblokkir.^[1]Hægt er að endurforrita marga FPGA til að útfæra mismunandirökfræðiaðgerðir, sem gerir sveigjanlegtendurstillanleg tölvumáleins og framkvæmt er ítölvuhugbúnað.

FPGA hafa eftirtektarvert hlutverk íinnbyggt kerfiþróun vegna getu þeirra til að hefja kerfishugbúnaðarþróun samtímis vélbúnaði, gera uppgerð kerfisframmistöðu á mjög fyrstu stigum þróunarinnar og leyfa ýmsar kerfistilraunir og hönnunarendurtekningar áður en gengið er frá kerfisarkitektúrnum.^[2]

Saga[breyta]

FPGA iðnaðurinn spratt upp úrforritanlegt skrifvarið minni(PROM) ogforritanleg rökfræðitæki(PLD).PROM og PLD áttu báðir möguleika á að vera forritaðir í lotum í verksmiðju eða á vettvangi (forritanlegt á vettvangi).^[3]

Alteravar stofnað árið 1983 og afhenti fyrsta endurforritanlega rökfræði tæki iðnaðarins árið 1984 – EP300 – sem var með kvarsglugga í pakkanum sem gerði notendum kleift að lýsa útfjólubláum lampa á teninginn til að eyðaEPROMfrumur sem geymdu uppsetningu tækisins.^[4]

Xilinxframleitt fyrsta viðskiptalega hagkvæma vettvangs-forritanlegahliðarfylkiárið 1985^[3]– XC2064.^[5]XC2064 var með forritanleg hlið og forritanleg samtenging milli hliða, upphaf nýrrar tækni og markaðar.^[6]XC2064 var með 64 stillanlegum rökfræðiblokkum (CLB), með tveimur þriggja inntakumuppflettitöflur(LUTs).^[7]

Árið 1987 varSurface Warfare Center sjóhersinsfjármagnaði tilraun sem Steve Casselman lagði til til að þróa tölvu sem myndi útfæra 600.000 endurforritanleg hlið.Casselman náði árangri og einkaleyfi tengt kerfinu var gefið út árið 1992.^[3]

Altera og Xilinx héldu óáreitt áfram og óx hratt frá 1985 til miðjan 1990 þegar keppinautar spruttu upp og rýrðu verulegan hluta af markaðshlutdeild þeirra.Árið 1993, Actel (núMicrosemi) þjónaði um 18 prósent af markaðnum.^[6]

1990 var tímabil örs vaxtar fyrir FPGA, bæði í fágun hringrásar og framleiðslumagn.Snemma á tíunda áratugnum voru FPGA fyrst og fremst notuð ífjarskiptiognetkerfi.Í lok áratugarins rataði FPGA inn í neytenda-, bíla- og iðnaðarnotkun.^[8]

Árið 2013 voru Altera (31 prósent), Actel (10 prósent) og Xilinx (36 prósent) samanlagt um það bil 77 prósent af FPGA markaðnum.^[9]

Fyrirtæki eins og Microsoft eru farin að nota FPGA til að flýta fyrir afkastamiklum, reikningsfrekum kerfum (eins oggagnaversem reka sínaBing leitarvél), vegnaafköst á wattkostur sem FPGA skilar.^[10]Microsoft byrjaði að nota FPGA til aðflýta fyrirBing árið 2014 og árið 2018 byrjaði að dreifa FPGA yfir önnur vinnuálag gagnavera fyrirAzure skýjatölvupallur.^[11]

Eftirfarandi tímalínur gefa til kynna framfarir í mismunandi þáttum FPGA hönnunar:

Hlið

• 1987: 9.000 hlið, Xilinx^[6]
• 1992: 600.000, Yfirborðshernaðardeild sjóhersins^[3]
• Snemma 2000: milljónir^[8]
• 2013: 50 milljónir, Xilinx^[12]

Markaðsstærð

• 1985: Fyrsta auglýsing FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 milljónir dollara^[6]
• c.1993: >385 milljónir dollara^{[6][misheppnuð staðfesting]}
• 2005: 1,9 milljarðar dollara^[13]
• Áætlanir 2010: $2,75 milljarðar^[13]
• 2013: 5,4 milljarðar dollara^[14]
• Áætlun 2020: 9,8 milljarðar dala^[14]

Hönnun hefst

Ahönnun upphafer ný sérsniðin hönnun fyrir innleiðingu á FPGA.

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

Hönnun[breyta]

Nútíma FPGA hafa mikið fjármagn afrökfræðileg hliðog vinnsluminni blokkir til að útfæra flóknar stafrænar útreikningar.Þar sem FPGA hönnun notar mjög hratt I/O hraða og tvíátta gögnrútur, það verður áskorun að sannreyna rétta tímasetningu gildra gagna innan uppsetningartíma og biðtíma.

Gólfskipulaggerir auðlindaúthlutun innan FPGAs kleift að mæta þessum tímatakmörkunum.FPGA er hægt að nota til að innleiða hvaða rökrétta aðgerð sem er sem anASICgeta framkvæmt.Getan til að uppfæra virknina eftir sendingu,endurstilling að hlutahluta af hönnuninni^[17]og lítill óendurtekinn verkfræðikostnaður miðað við ASIC hönnun (þrátt fyrir almennt hærri einingakostnað), bjóða upp á kosti fyrir mörg forrit.^[1]

Sumar FPGA eru með hliðstæða eiginleika auk stafrænna aðgerða.Algengasta hliðræna eiginleikinn er forritanlegurslaka hlutfallá hvern útgangspinna, sem gerir verkfræðingnum kleift að stilla lágt verð á létthlaðna pinna sem annars myndu gerahringureðaparóviðunandi, og að setja hærra gjald á mikið hlaðna pinna á háhraða rásum sem annars myndu keyra of hægt.^[18][19]Einnig algengar eru kvars-kristalsveiflur, á-flís viðnám-rýmd oscillators, ogfasalæstar lykkjurmeð innbyggðumspennustýrðir sveiflurnotað fyrir klukkumyndun og stjórnun sem og fyrir háhraða serializer-deserializer (SERDES) senda klukkur og endurheimt móttakaraklukku.Frekar algengt eru mismunadrifsamanburðarmenná inntakspinnum sem hannaðir eru til að vera tengdir viðmismunamerkirásir.Nokkrar "blandað merkiFPGA“ hafa samþætt jaðartækihliðræn-í-stafræna breytir(ADC) ogstafræn-í-hliðræn breytir(DAC) með hliðrænum merkjastillingarblokkum sem gerir þeim kleift að starfa sem akerfi-á-flís(SoC).^[20]Slík tæki óskýra línuna á milli FPGA, sem ber stafrænar og núll á innra forritanlegu samtengingarefni sínu, ogsviði forritanlegt hliðrænt fylki(FPAA), sem ber hliðræn gildi á innra forritanlegu samtengiefni sínu.