(Bago at Orihinal) May stock 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Mga katangian ng produkto

 Field Programmable Gate Array

 Afield-programmable gate array(FPGA) ay isangpinagsamang circuitidinisenyo upang i-configure ng isang customer o isang taga-disenyo pagkatapos ng pagmamanupaktura - kaya ang terminofield-programmable.Ang pagsasaayos ng FPGA ay karaniwang tinukoy gamit ang awika ng paglalarawan ng hardware(HDL), katulad ng ginamit para sa isangintegrated circuit na tukoy sa aplikasyon(ASIC).Mga diagram ng circuitay dating ginamit upang tukuyin ang configuration, ngunit ito ay lalong bihira dahil sa pagdating ngautomation ng elektronikong disenyomga kasangkapan.

Ang mga FPGA ay naglalaman ng isang hanay ngprogrammable mga bloke ng lohika, at isang hierarchy ng mga re-configure na interconnect na nagpapahintulot sa mga bloke na mai-wire nang magkasama.Maaaring i-configure ang mga bloke ng lohika upang maisagawa ang kumplikadokumbinasyon ng mga function, o kumilos bilang simplemga pintuan ng lohikagaya ngATatXOR.Sa karamihan ng mga FPGA, kasama rin ang mga bloke ng lohikamga elemento ng memorya, na maaaring simpletsinelaso mas kumpletong mga bloke ng memorya.^[1]Maraming FPGA ang maaaring i-reprogram upang maipatupad ang ibamga function ng lohika, nagbibigay-daan sa kakayahang umangkopreconfigureable computingtulad ng isinagawa sasoftware sa kompyuter.

Ang mga FPGA ay may kahanga-hangang papel sanaka-embed na sistemapag-unlad dahil sa kanilang kakayahang simulan ang pag-develop ng software ng system nang sabay-sabay sa hardware, paganahin ang mga simulation ng pagganap ng system sa isang napakaagang yugto ng pag-unlad, at payagan ang iba't ibang pagsubok ng system at pag-ulit ng disenyo bago i-finalize ang arkitektura ng system.^[2]

Kasaysayan[i-edit]

Ang industriya ng FPGA ay umusbong mula saprogrammable read-only memory(PROM) atprogrammable logic device(mga PLD).Ang mga PROM at PLD ay parehong may opsyon na ma-program sa mga batch sa isang pabrika o sa field (field-programmable).^[3]

Alteraay itinatag noong 1983 at naghatid ng unang reprogrammable logic device ng industriya noong 1984 – ang EP300 – na nagtatampok ng quartz window sa package na nagpapahintulot sa mga user na magpaningning ng ultra-violet lamp sa die upang mabura angEPROMmga cell na may hawak ng configuration ng device.^[4]

Xilinxgumawa ng unang mabubuhay sa komersyo na field-programmablehanay ng gatenoong 1985^[3]– ang XC2064.^[5]Ang XC2064 ay may mga programmable gate at programmable interconnects sa pagitan ng mga gate, ang simula ng isang bagong teknolohiya at market.^[6]Ang XC2064 ay mayroong 64 na configurable logic blocks (CLBs), na may dalawang tatlong-inputmga talahanayan ng paghahanap(LUTs).^[7]

Noong 1987, angNaval Surface Warfare Centerpinondohan ang isang eksperimento na iminungkahi ni Steve Casselman upang bumuo ng isang computer na magpapatupad ng 600,000 reprogrammable gate.Naging matagumpay si Casselman at ang isang patent na nauugnay sa sistema ay inisyu noong 1992.^[3]

Ang Altera at Xilinx ay nagpatuloy na walang kalaban-laban at mabilis na lumago mula 1985 hanggang kalagitnaan ng 1990s nang ang mga kakumpitensya ay umusbong, na nag-aalis ng malaking bahagi ng kanilang bahagi sa merkado.Noong 1993, si Actel (ngayonMicrosemi) ay nagsisilbi sa halos 18 porsiyento ng merkado.^[6]

Ang 1990s ay isang panahon ng mabilis na paglago para sa mga FPGA, kapwa sa pagiging sopistikado ng circuit at sa dami ng produksyon.Noong unang bahagi ng 1990s, ang mga FPGA ay pangunahing ginagamit satelekomunikasyonatnetworking.Sa pagtatapos ng dekada, natagpuan ng mga FPGA ang kanilang paraan sa mga aplikasyon ng consumer, automotive, at pang-industriya.^[8]

Sa pamamagitan ng 2013, Altera (31 porsiyento), Actel (10 porsiyento) at Xilinx (36 porsiyento) magkasama ay kumakatawan sa humigit-kumulang 77 porsiyento ng FPGA market.^[9]

Ang mga kumpanyang tulad ng Microsoft ay nagsimulang gumamit ng mga FPGA upang mapabilis ang mataas na pagganap, computationally intensive system (tulad ngmga data centerna nagpapatakbo ng kanilangBing search engine), dahil sapagganap sa bawat wattbentahe ng mga FPGA na naghahatid.^[10]Ang Microsoft ay nagsimulang gumamit ng mga FPGA upangpabilisinBing noong 2014, at noong 2018 ay nagsimulang mag-deploy ng mga FPGA sa iba pang mga workload ng data center para sa kanilangAzure Cloud computingplatform.^[11]

Ang mga sumusunod na timeline ay nagpapahiwatig ng pag-unlad sa iba't ibang aspeto ng disenyo ng FPGA:

Gates

• 1987: 9,000 gate, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Naval Surface Warfare Department^[3]
• Maagang 2000s: milyon-milyon^[8]
• 2013: 50 milyon, Xilinx^[12]

Laki ng market

• 1985: Unang komersyal na FPGA : Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 milyon^[6]
• c.1993: >$385 milyon^{[6][nabigong pag-verify]}
• 2005: $1.9 bilyon^[13]
• Mga pagtatantya noong 2010: $2.75 bilyon^[13]
• 2013: $5.4 bilyon^[14]
• 2020 pagtatantya: $9.8 bilyon^[14]

Nagsisimula ang disenyo

Apagsisimula ng disenyoay isang bagong pasadyang disenyo para sa pagpapatupad sa isang FPGA.

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

Disenyo[i-edit]

Ang mga kontemporaryong FPGA ay may malaking mapagkukunan ngmga pintuan ng lohikaat RAM blocks para ipatupad ang mga kumplikadong digital computations.Dahil ang mga disenyo ng FPGA ay gumagamit ng napakabilis na mga rate ng I/O at bidirectional na datamga bus, nagiging hamon na i-verify ang tamang timing ng valid na data sa loob ng setup time at hold time.

Pagpaplano ng sahignagbibigay-daan sa paglalaan ng mapagkukunan sa loob ng mga FPGA upang matugunan ang mga hadlang sa oras na ito.Ang mga FPGA ay maaaring gamitin upang ipatupad ang anumang lohikal na function na ang isangASICmaaaring gumanap.Ang kakayahang i-update ang pag-andar pagkatapos ng pagpapadala,bahagyang muling pagsasaayosng isang bahagi ng disenyo^[17]at ang mababang hindi umuulit na mga gastos sa engineering na nauugnay sa isang disenyo ng ASIC (sa kabila ng pangkalahatang mas mataas na halaga ng yunit), ay nag-aalok ng mga pakinabang para sa maraming mga aplikasyon.^[1]

Ang ilang mga FPGA ay may mga analog na tampok bilang karagdagan sa mga digital na function.Ang pinakakaraniwang tampok na analog ay isang programmableslew ratesa bawat output pin, na nagpapahintulot sa engineer na magtakda ng mga mababang rate sa mga pin na hindi gaanong na-load na kung hindi mansingsingomag-asawahindi katanggap-tanggap, at magtakda ng mas mataas na mga rate sa mabigat na load na mga pin sa mga high-speed na channel na kung hindi man ay tatakbo nang masyadong mabagal.^[18][19]Karaniwan din ang quartz-mga kristal na oscillator, on-chip resistance-capacitance oscillators, atphase-locked na mga loopmay naka-embedmga oscillator na kinokontrol ng boltaheginagamit para sa pagbuo at pamamahala ng orasan pati na rin para sa high-speed serializer-deserializer (SERDES) na nagpapadala ng mga orasan at pagbawi ng orasan ng receiver.Medyo karaniwan ang pagkakaibamga kumparesa mga pin ng input na idinisenyo upang ikonektadifferential signalingmga channel.Kunti lang "magkahalong signalAng mga FPGA" ay may pinagsamang peripheralanalog-to-digital converter(ADCs) atmga digital-to-analog converter(DACs) na may analog signal conditioning blocks na nagpapahintulot sa kanila na gumana bilang asystem-on-a-chip(SoC).^[20]Ang mga naturang device ay lumalabo ang linya sa pagitan ng isang FPGA, na nagdadala ng mga digital at mga zero sa panloob na programmable interconnect na tela nito, atfield-programmable analog array(FPAA), na nagdadala ng mga analog na halaga sa internal programmable interconnect fabric nito.

Logic blocks[i-edit]

Pangunahing artikulo:Logic block

Pinasimpleng halimbawa ng paglalarawan ng isang logic cell (LUT -Lookup table, FA –Buong adder, DFF –D-type na flip-flop)

Ang pinakakaraniwang arkitektura ng FPGA ay binubuo ng isang hanay ngmga bloke ng lohika(tinatawag na configurable logic blocks, CLBs, o logic array blocks, LABs, depende sa vendor),I/O pads, at mga channel sa pagruruta.^[1]Sa pangkalahatan, ang lahat ng mga routing channel ay may parehong lapad (bilang ng mga wire).Maaaring magkasya ang maraming I/O pad sa taas ng isang row o sa lapad ng isang column sa array.

"Ang isang application circuit ay dapat na imapa sa isang FPGA na may sapat na mapagkukunan.Habang ang bilang ng mga CLB/LAB at I/O na kinakailangan ay madaling matukoy mula sa disenyo, ang bilang ng mga rutang track na kailangan ay maaaring mag-iba nang malaki kahit na sa mga disenyo na may parehong halaga ng lohika.(Halimbawa, aswitch ng crossbarnangangailangan ng higit pang pagruruta kaysa sa asystolic arrayna may parehong bilang ng gate.Dahil ang hindi nagamit na mga routing track ay nagpapataas ng gastos (at nagpapababa sa performance) ng bahagi nang hindi nagbibigay ng anumang benepisyo, sinisikap ng mga manufacturer ng FPGA na magbigay ng sapat na mga track upang ang karamihan sa mga disenyo ay magkasya sa mga tuntunin ngmga talahanayan ng paghahanap(LUTs) at I/Os ay maaaring magingniruruta.Ito ay tinutukoy ng mga pagtatantya tulad ng mga nagmula saPanuntunan ng upao sa pamamagitan ng mga eksperimento sa mga kasalukuyang disenyo.”^[21]Noong 2018,network-on-chipang mga arkitektura para sa pagruruta at pagkakabit ay ginagawa.^{[kailangan ng pagsipi]}

Sa pangkalahatan, ang logic block ay binubuo ng ilang lohikal na mga cell (tinatawag na ALM, LE, slice atbp.).Ang isang tipikal na cell ay binubuo ng isang 4-input na LUT, abuong adder(FA) at aD-type na flip-flop.Maaaring hatiin ang mga ito sa dalawang 3-input na LUT.Sanormal na modeang mga iyon ay pinagsama sa isang 4-input na LUT sa pamamagitan ng unamultiplexer(mux).Saaritmetikamode, ang kanilang mga output ay pinapakain sa adder.Ang pagpili ng mode ay naka-program sa pangalawang mux.Ang output ay maaaring alinmanmagkasabayoasynchronous, depende sa programming ng ikatlong mux.Sa pagsasagawa, ang kabuuan o mga bahagi ng adder aynakaimbak bilang mga functionsa LUTs para makatipidspace.^[22][23][24]

Matigas na bloke[i-edit]

Ang mga modernong pamilya ng FPGA ay lumalawak sa mga kakayahan sa itaas upang isama ang mas mataas na antas ng pag-andar na naayos sa silikon.Ang pagkakaroon ng mga karaniwang function na ito na naka-embed sa circuit ay binabawasan ang lugar na kinakailangan at binibigyan ang mga function na iyon ng mas mataas na bilis kumpara sa pagbuo ng mga ito mula sa mga lohikal na primitive.Kabilang sa mga halimbawa nito angmga multiplier, genericMga bloke ng DSP,mga naka-embed na processor, high speed I/O logic at naka-embedmga alaala.

Ang mga higher-end na FPGA ay maaaring maglaman ng mataas na bilismulti-gigabit transceiveratmatigas na IP coretulad ngmga core ng processor,Ethernet medium access control unit,PCI/PCI Expresscontrollers, at external memory controllers.Ang mga core na ito ay umiiral sa tabi ng programmable na tela, ngunit ang mga ito ay binuomga transistorsa halip na mga LUT kaya mayroon silang antas ng ASICpagganapatkonsumo sa enerhiyanang hindi kumukonsumo ng malaking halaga ng mga mapagkukunan ng tela, na iniiwan ang higit pa sa tela na libre para sa lohika na tukoy sa aplikasyon.Ang mga multi-gigabit transceiver ay naglalaman din ng mataas na pagganap ng analog input at output circuitry kasama ng mga high-speed serializer at deserializer, mga bahagi na hindi maaaring itayo mula sa mga LUT.Mas mataas na antas ng pisikal na layer (PHY) na functionality gaya ngline codingmaaaring ipatupad o hindi kasama ng mga serializer at deserializer sa hard logic, depende sa FPGA.