วงจรรวมชิป IC ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์

รายงานข้อผิดพลาดข้อมูลผลิตภัณฑ์

ดูคล้ายกัน

เอกสารและสื่อ

การจำแนกประเภทสิ่งแวดล้อมและการส่งออก

อาร์เรย์เกทที่ตั้งโปรแกรมได้ภาคสนาม

กอาร์เรย์เกตที่ตั้งโปรแกรมได้ภาคสนาม(เอฟพีจีเอ) เป็นวงจรรวมออกแบบมาให้กำหนดค่าโดยลูกค้าหรือนักออกแบบหลังการผลิต จึงเป็นที่มาของคำนี้สามารถตั้งโปรแกรมภาคสนามได้.โดยทั่วไปการกำหนดค่า FPGA จะถูกระบุโดยใช้ภาษาคำอธิบายฮาร์ดแวร์(HDL) คล้ายกับที่ใช้สำหรับวงจรรวมเฉพาะการใช้งาน(เอสิค).แผนภาพวงจรก่อนหน้านี้เคยใช้เพื่อระบุการกำหนดค่า แต่สิ่งนี้หายากมากขึ้นเนื่องจากการถือกำเนิดของระบบอัตโนมัติในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์เครื่องมือ

FPGA มีอาร์เรย์ของโปรแกรมได้ บล็อกลอจิกและลำดับชั้นของการเชื่อมต่อระหว่างกันที่กำหนดค่าใหม่ได้ ทำให้สามารถต่อสายบล็อกเข้าด้วยกันได้บล็อกลอจิกสามารถกำหนดค่าให้ดำเนินการที่ซับซ้อนได้ฟังก์ชันผสมหรือทำตัวง่ายๆประตูลอจิกชอบและและแฮคเกอร์.ใน FPGA ส่วนใหญ่ บล็อกลอจิกยังรวมอยู่ด้วยองค์ประกอบหน่วยความจำซึ่งอาจเป็นเรื่องง่ายรองเท้าแตะหรือบล็อกหน่วยความจำที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น^[1]FPGA จำนวนมากสามารถตั้งโปรแกรมใหม่เพื่อใช้งานที่แตกต่างกันได้ฟังก์ชันลอจิกทำให้มีความยืดหยุ่นคอมพิวเตอร์ที่กำหนดค่าใหม่ได้ตามที่ดำเนินการในคอมพิวเตอร์ซอฟแวร์.

FPGA มีบทบาทที่โดดเด่นในระบบฝังตัวการพัฒนาเนื่องจากความสามารถในการเริ่มการพัฒนาซอฟต์แวร์ระบบพร้อมกันกับฮาร์ดแวร์ ช่วยให้สามารถจำลองประสิทธิภาพของระบบได้ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา และอนุญาตให้มีการทดลองระบบและทำซ้ำการออกแบบต่างๆ ก่อนที่จะสรุปสถาปัตยกรรมระบบให้เสร็จสิ้น^[2]

ประวัติศาสตร์[แก้ไข]

อุตสาหกรรม FPGA งอกขึ้นมาจากหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้(พรหม) และอุปกรณ์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้(PLD)PROM และ PLD ต่างก็มีตัวเลือกในการตั้งโปรแกรมเป็นชุดในโรงงานหรือในภาคสนาม (สามารถตั้งโปรแกรมภาคสนามได้)^[3]

อัลเทร่าก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2526 และส่งมอบอุปกรณ์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้เครื่องแรกของอุตสาหกรรมในปี พ.ศ. 2527 นั่นคือ EP300 ซึ่งมีหน้าต่างควอตซ์ในแพ็คเกจที่ให้ผู้ใช้สามารถฉายแสงอัลตราไวโอเลตบนแม่พิมพ์เพื่อลบอีพรอมเซลล์ที่เก็บการกำหนดค่าอุปกรณ์^[4]

ซีลินซ์ผลิตเครื่องแรกที่สามารถตั้งโปรแกรมภาคสนามได้ในเชิงพาณิชย์อาร์เรย์เกตในปี 1985^[3]– เอกซ์ซี2064^[5]XC2064 มีเกตที่ตั้งโปรแกรมได้และการเชื่อมต่อระหว่างเกตที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยีและตลาดใหม่^[6]XC2064 มีบล็อกลอจิก (CLB) ที่กำหนดค่าได้ 64 บล็อก โดยมีอินพุตสามอินพุตสองตัวตารางการค้นหา(LUT)^[7]

ในปี 1987ศูนย์สงครามพื้นผิวกองทัพเรือให้ทุนสนับสนุนการทดลองที่เสนอโดย Steve Casselman เพื่อพัฒนาคอมพิวเตอร์ที่จะใช้เกตที่ตั้งโปรแกรมใหม่ได้ 600,000 เกตCasselman ประสบความสำเร็จและมีการออกสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับระบบในปี 1992^[3]

Altera และ Xilinx ยังคงไม่มีใครทักท้วงและเติบโตอย่างรวดเร็วตั้งแต่ปี 1985 ถึงกลางทศวรรษ 1990 เมื่อคู่แข่งเติบโตขึ้น ซึ่งกัดกร่อนส่วนสำคัญของส่วนแบ่งการตลาดของพวกเขาภายในปี 1993 แอกเทล (ปัจจุบันไมโครเซมิ) ให้บริการประมาณร้อยละ 18 ของตลาด^[6]

ช่วงปี 1990 เป็นช่วงที่ FPGA เติบโตอย่างรวดเร็ว ทั้งในด้านความซับซ้อนของวงจรและปริมาณการผลิตในช่วงต้นทศวรรษ 1990 มีการใช้ FPGA เป็นหลักโทรคมนาคมและเครือข่าย.ภายในสิ้นทศวรรษ FPGA ค้นพบช่องทางในการใช้งานสำหรับผู้บริโภค ยานยนต์ และอุตสาหกรรม^[8]

ภายในปี 2556 Altera (31 เปอร์เซ็นต์), Actel (10 เปอร์เซ็นต์) และ Xilinx (36 เปอร์เซ็นต์) รวมกันคิดเป็นประมาณ 77 เปอร์เซ็นต์ของตลาด FPGA^[9]

บริษัทต่างๆ เช่น Microsoft ได้เริ่มใช้ FPGA เพื่อเร่งความเร็วระบบที่มีประสิทธิภาพสูงและเน้นการประมวลผล (เช่นศูนย์ข้อมูลที่ดำเนินการของพวกเขาเครื่องมือค้นหา Bing), เนื่องจากประสิทธิภาพต่อวัตต์ข้อได้เปรียบที่ FPGA มอบให้^[10]Microsoft เริ่มใช้ FPGA เพื่อเร่งความเร็วBing ในปี 2014 และในปี 2018 เริ่มปรับใช้ FPGA กับปริมาณงานของศูนย์ข้อมูลอื่นๆ สำหรับพวกเขาสีฟ้า การประมวลผลแบบคลาวด์แพลตฟอร์ม.^[11]

ลำดับเวลาต่อไปนี้ระบุความคืบหน้าในด้านต่างๆ ของการออกแบบ FPGA:

เกตส์

• 1987: 9,000 ประตู, Xilinx^[6]
• 2535: 600,000 กรมสงครามพื้นผิวกองทัพเรือ^[3]
• ต้นทศวรรษ 2000: ล้าน^[8]
• 2013: 50 ล้าน ซีลินซ์^[12]

ขนาดตลาด

• 1985: FPGA เชิงพาณิชย์ครั้งแรก: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 ล้านเหรียญสหรัฐ^[6]
• ค.1993: >385 ล้านดอลลาร์^{[6][การตรวจสอบล้มเหลว]}
• 2548: 1.9 พันล้านดอลลาร์^[13]
• ประมาณการปี 2010: 2.75 พันล้านดอลลาร์^[13]
• 2013: 5.4 พันล้านดอลลาร์^[14]
• ประมาณการปี 2020: 9.8 พันล้านดอลลาร์^[14]

การออกแบบเริ่มต้นขึ้น

กเริ่มต้นการออกแบบคือการออกแบบที่กำหนดเองใหม่สำหรับการใช้งานบน FPGA

• 2548: 80,000^[15]
• 2551: 90,000^[16]

ออกแบบ[แก้ไข]

FPGA ร่วมสมัยมีทรัพยากรจำนวนมากประตูลอจิกและบล็อก RAM เพื่อใช้การคำนวณดิจิทัลที่ซับซ้อนเนื่องจากการออกแบบ FPGA ใช้อัตรา I/O และข้อมูลแบบสองทิศทางที่รวดเร็วมากรถเมล์การตรวจสอบเวลาที่ถูกต้องของข้อมูลที่ถูกต้องภายในเวลาการตั้งค่าและเวลาพักถือเป็นเรื่องท้าทาย

การวางแผนชั้นช่วยให้สามารถจัดสรรทรัพยากรภายใน FPGA เพื่อให้เป็นไปตามข้อจำกัดด้านเวลาเหล่านี้FPGA สามารถใช้ในการดำเนินการฟังก์ชันลอจิคัลใดๆ ที่เอสิคสามารถดำเนินการได้ความสามารถในการอัปเดตฟังก์ชันการทำงานหลังการจัดส่งการกำหนดค่าใหม่บางส่วนส่วนหนึ่งของการออกแบบ^[17]และต้นทุนทางวิศวกรรมที่ไม่เกิดซ้ำต่ำเมื่อเทียบกับการออกแบบ ASIC (แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วต้นทุนต่อหน่วยจะสูงกว่า) ให้ข้อได้เปรียบสำหรับการใช้งานหลายอย่าง^[1]

FPGA บางตัวมีคุณสมบัติแอนะล็อกนอกเหนือจากฟังก์ชันดิจิทัลคุณลักษณะแอนะล็อกที่พบบ่อยที่สุดคือสามารถตั้งโปรแกรมได้อัตราการฆ่าบนแต่ละขาเอาท์พุต ช่วยให้วิศวกรสามารถกำหนดอัตราที่ต่ำบนพินที่โหลดเบาได้แหวนหรือคู่เป็นที่ยอมรับไม่ได้ และเพื่อกำหนดอัตราที่สูงขึ้นสำหรับพินที่โหลดจำนวนมากบนช่องสัญญาณความเร็วสูงที่อาจทำงานช้าเกินไป^[18][19]ที่พบบ่อยคือควอตซ์-ออสซิลเลเตอร์คริสตัล, ออสซิลเลเตอร์ความต้านทาน-ความจุบนชิป และลูปล็อคเฟสด้วยการฝังตัวออสซิลเลเตอร์ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าใช้สำหรับการสร้างและการจัดการนาฬิกา รวมถึงสำหรับนาฬิกาส่งซีเรียลไลเซอร์-ดีซีเรียลไลเซอร์ความเร็วสูง (SERDES) และการกู้คืนนาฬิกาของตัวรับค่อนข้างธรรมดามีความแตกต่างกันเครื่องเปรียบเทียบบนพินอินพุตที่ออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อการส่งสัญญาณที่แตกต่างช่อง.จำนวนน้อย "สัญญาณผสมFPGA” มีอุปกรณ์ต่อพ่วงรวมอยู่ด้วยตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล(ADC) และตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก(DAC) พร้อมด้วยบล็อกปรับสภาพสัญญาณอะนาล็อกช่วยให้ทำงานเป็น aระบบบนชิป(โซค).^[20]อุปกรณ์ดังกล่าวพร่าเลือนเส้นแบ่งระหว่าง FPGA ซึ่งมีดิจิตอลและศูนย์บนแฟบริคเชื่อมต่อภายในที่ตั้งโปรแกรมได้ และอาร์เรย์อะนาล็อกที่ตั้งโปรแกรมภาคสนามได้(FPAA) ซึ่งมีค่าแอนะล็อกบนแฟบริคเชื่อมต่อระหว่างกันที่ตั้งโปรแกรมได้ภายใน