(Nua & Bunaidh) I stoc 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Tréithe Táirge

 Eagar Geata In-ríomhchláraithe Allamuigh

 Aeagar geata allamuigh-ríomhchláraithe(FPGA) tá anciorcad iomlánaithedeartha le bheith cumraithe ag custaiméir nó ag dearthóir tar éis déantúsaíochta – is mar sin a bheidh an téarmaréimse-ríomhchláraithe.Sonraítear cumraíocht FPGA go ginearálta ag baint úsáide as ateanga cur síos crua-earraí(HDL), cosúil leis an gceann a úsáidtear le haghaidh anciorcad iomlánaithe a bhaineann go sonrach le feidhmchlár(ASIC).Léaráidí ciorcaidBaineadh úsáid as roimhe seo chun an chumraíocht a shonrú, ach tá sé seo ag éirí níos annamh mar gheall ar theacht nauathoibriú dearadh leictreonachuirlisí.

Tá raon deríomhchláraithe bloic loighic, agus ordlathas idirnaisc in-athchumraithe a ligeann do bhloic a shreangú le chéile.Is féidir bloic loighic a chumrú chun casta a dhéanamhfeidhmeanna comhcheangailte, nó gníomhú chomh simplígeataí loighicmhaithAGUSagusXOR.I bhformhór na FPGAanna, cuimsíonn bloic loighic freisineilimintí cuimhne, a d'fhéadfadh a bheith simplísmeach-flopsnó bloic chuimhne níos iomláine.^[1]Is féidir go leor FPGAanna a athchlárú chun éagsúla a chur i bhfeidhmfeidhmeanna loighic, ag ligean solúbtharíomhaireacht in-athchumraithemar a dhéantar ibogearraí ríomhaire.

Tá ról suntasach ag FPGAanna icóras leabaitheforbairt mar gheall ar a gcumas forbairt bogearraí córais a thosú ag an am céanna le crua-earraí, ionsamhlúcháin feidhmíochta an chórais a chumasú ag céim an-luath den fhorbairt, agus trialacha córais éagsúla agus atriallta dearaidh a cheadú sula dtabharfar ailtireacht an chórais chun críche.^[2]

Stair[eagar]

Tháinig tionscal FPGA ascuimhne inléite amháin in-ríomhchláraithe(PROM) agusgléasanna loighic ríomhchláraithe(PLDanna).Bhí an rogha ag PROManna agus PLDanna araon a bheith ríomhchláraithe i mbaisceanna i monarcha nó sa réimse (in-ríomhchláraithe).^[3]

AlteraBunaíodh é i 1983 agus sholáthair sé an chéad fheiste loighce in-ath-ríomhchláraithe de chuid an tionscail i 1984 – an EP300 – ina raibh fuinneog Grianchloch sa phacáiste a thug deis d’úsáideoirí lampa ultraivialait a lasadh ar an dísle chun an dísle a scriosadh.EPROMcealla ina raibh cumraíocht an ghléis.^[4]

Xilinxtháirgtear an chéad ríomhchláraithe allamuigh atá inmharthana ar bhonn tráchtálaeagar geatasa bhliain 1985^[3]– an XC2064.^[5]Bhí geataí in-ríomhchláraithe ag an XC2064 agus idirnaisc in-ríomhchláraithe idir geataí, tús le teicneolaíocht agus margadh nua.^[6]Bhí 64 bloc loighic in-chumraithe (CLBanna) ag an XC2064, le dhá ionchur trí-ionchurtáblaí cuardaigh(LUTanna).^[7]

I 1987, chuir anIonad Cogaíochta Dromchla Cabhlaighmhaoinigh sé turgnamh a mhol Steve Casselman chun ríomhaire a fhorbairt a chuirfeadh 600,000 geata in-ath-ríomhchláraithe i bhfeidhm.D’éirigh le Casselman agus eisíodh paitinn a bhain leis an gcóras i 1992.^[3]

Lean Altera agus Xilinx gan dúshlán agus d’fhás siad go tapa ó 1985 go lár na 1990idí nuair a d’fhás iomaitheoirí aníos, rud a chreimeadh cuid shuntasach dá sciar den mhargadh.Faoi 1993, Actel (anoisMicreascóip) a bhí ag freastal ar thart ar 18 faoin gcéad den mhargadh.^[6]

Ba thréimhse fáis thapa do FPGAanna iad na 1990idí, maidir le sofaisticiúlacht ciorcaid agus méid an táirgthe.Go luath sna 1990idí, baineadh úsáid as FPGAanna go príomha iteileachumarsáidaguslíonrú.Faoi dheireadh na ndeich mbliana, fuair FPGAanna a mbealach isteach i bhfeidhmchláir tomhaltóra, feithicleach agus tionsclaíocha.^[8]

Faoi 2013, b'ionann Altera (31 faoin gcéad), Actel (10 faoin gcéad) agus Xilinx (36 faoin gcéad) le chéile agus thart ar 77 faoin gcéad de mhargadh FPGA.^[9]

Tá cuideachtaí cosúil le Microsoft tosaithe ag baint úsáide as FPGAanna chun córais ardfheidhmíochta, dianríomhaireachta a luathú (cosúil leionaid sonraía oibríonn a gcuidBing inneall cuardaigh), mar gheall ar anfeidhmíocht in aghaidh an vatabuntáiste a sheachadann FPGAanna.^[10]Thosaigh Microsoft ag baint úsáide as FPGAanna chundlús a churin 2014, agus in 2018 thosaigh sé ag imscaradh FPGAanna thar ualaí oibre ionaid sonraí eile le haghaidh a gcuidAzure néalríomhaireachtardán.^[11]

Léiríonn na hamlínte seo a leanas dul chun cinn i ngnéithe éagsúla de dhearadh FPGA:

Geataí

• 1987: 9,000 geata, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Roinn Cogaíochta Dromchla Cabhlaigh^[3]
• 2000í luatha: na milliúin^[8]
• 2013: 50 milliún, Xilinx^[12]

Méid an mhargaidh

• 1985: An chéad FPGA tráchtála : Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 milliún^[6]
• c.1993: >$385 milliún^{[6][fíorú theip]}
• 2005: $1.9 billiún^[13]
• Meastacháin 2010: $2.75 billiún^[13]
• 2013: $5.4 billiún^[14]
• Meastachán 2020: $9.8 billiún^[14]

Tosaíonn dearadh

Atús dearadhis dearadh saincheaptha nua é le cur i bhfeidhm ar FPGA.

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

Dearadh[eagar]

Tá acmhainní móra ag FPGAanna comhaimsearthageataí loighicagus bloic RAM chun ríomhanna digiteacha casta a chur i bhfeidhm.De réir mar a úsáideann dearaí FPGA rátaí I/O an-ghasta agus sonraí déthreobusanna, bíonn sé ina dhúshlán uainiú ceart sonraí bailí a fhíorú laistigh den am socraithe agus an t-am a shealbhú.

Pleanáil urláircuireann sé ar chumas leithdháileadh acmhainní laistigh de FPGAanna chun na srianta ama seo a chomhlíonadh.Is féidir FPGAanna a úsáid chun aon fheidhm loighciúil a chuireann anASICis féidir a dhéanamh.An cumas an fheidhmiúlacht a nuashonrú tar éis loingseoireachta,athchumrú páirteachde chuid den dearadh^[17]agus na costais innealtóireachta neamh-athfhillteacha íseal i gcoibhneas le dearadh ASIC (in ainneoin an chostais aonaid níos airde go ginearálta), buntáistí a thairiscint do go leor iarratas.^[1]

Tá gnéithe analógacha ag roinnt FPGAanna chomh maith le feidhmeanna digiteacha.Is í an ghné analógach is coitianta ná ríomhchláraitheráta slewar gach bioráin aschuir, rud a ligeann don innealtóir rátaí ísle a shocrú ar bhioráin atá luchtaithe go héadrom a dhéanfadh murach sinfáinnenólánúindo-ghlactha, agus rátaí níos airde a shocrú ar bhioráin atá luchtaithe go mór ar chainéil ardluais a rithfeadh ró-mhall murach sin.^[18][19]Is coitianta freisin grianchloch-oscillators criostail, oscillators friotaíochta-toilleais ar-sliseanna, aguslúba céim-ghlasle leabaitheAscaltóirí voltas-rialaithea úsáidtear chun cloig a ghiniúint agus a bhainistiú agus chun cloig a tharchur agus chun cloig a ghnóthú chomh maith le haghaidh srathachtóir-srathaitheoir ardluais (SERDES).Tá go leor coitianta difreálachcomparadóiríar bhioráin ionchuir atá deartha le bheith nasctha leiscomharthaíocht difreálachcainéil.Cúpla "comhartha meascthaTá forimeallach comhtháite ag FPGAannationtairí analógach go digiteach(ADCanna) agustiontairí digiteacha go hanalógacha(DACanna) le bloic aeroiriúnaithe comhartha analógacha a ligeann dóibh oibriú mar acóras-ar-sliseanna(SoC).^[20]Doiléirigh feistí den sórt sin an líne idir FPGA, a iompraíonn cinn dhigiteacha agus nialais ar a fabraic idirnasctha in-ríomhchláraithe inmheánach, aguseagar analógach in-ríomhchláraithe allamuigh(FPAA), a iompraíonn luachanna analógacha ar a chreatlach idirnasctha in-ríomhchláraithe inmheánach.

Bloic loighic[eagar]

Príomhalt:Bloc loighic

Léaráid shamplach simplithe de chill loighce (LUT –Tábla cuardaigh, FA -Adder iomlán, DFF -Smeach-flop de chineál D)

Is éard atá san ailtireacht FPGA is coitianta ná sraith debloic loighic(ar a dtugtar bloic loighic inchumraithe, CLBanna, nó bloic eagar loighce, LABanna, ag brath ar an díoltóir),pillíní I/O, agus bealaí ródaithe.^[1]Go ginearálta, tá an leithead céanna (líon na sreanga) ag na bealaí ródaithe go léir.Féadfaidh pillíní I/O iolracha a bheith oiriúnach d’airde sraithe amháin nó do leithead colúin amháin san eagar.

“Ní mór ciorcad feidhmchláir a mhapáil isteach i FPGA le hacmhainní leordhóthanacha.Cé gur furasta líon na CLBanna/LABanna agus I/Onna a theastaíonn a chinneadh ón dearadh, d’fhéadfadh go mbeadh éagsúlacht shuntasach ag baint le líon na rianta ródaithe a theastaíonn fiú i measc dearaí a bhfuil an méid céanna loighic acu.(Mar shampla, alasc trasbarraéilíonn ródú i bhfad níos mó ná aeagar systolicleis an líon geata céanna.Ós rud é go n-ardaíonn rianta ródaithe neamhúsáidte costas (agus laghdaítear feidhmíocht) na coda gan aon tairbhe a sholáthar, déanann monaróirí FPGA iarracht a dhóthain rianta a sholáthar ionas go mbeidh an chuid is mó de na dearaí oiriúnach i dtéarmaítáblaí cuardaigh(LUTanna) agus is féidir I/Os a bheithruaig.Cinntear é seo trí mheastacháin mar iad siúd a dhíorthaítear óRiail Cíosanó trí thurgnaimh le dearaí atá ann cheana féin.”^[21]Ó 2018,líonra-ar-sliseannatá ailtireachtaí do ródú agus idirnascadh á bhforbairt.^{[lua ag teastáil]}

Go ginearálta, is éard atá i bloc loighic ná cúpla cealla loighciúla (ar a dtugtar ALM, LE, slice etc.).Is éard atá i gcill tipiciúil ná LUT 4-ionchuir, aadder iomlán(FA) agus aSmeach-flop de chineál D.D’fhéadfaí iad seo a roinnt ina dhá LUT 3-ionchuir.Imodh gnáthcuirtear iad sin le chéile i LUT 4-ionchuir tríd an gcéad cheannilphléacsóir(mux).Iuimhríochtúilmód, cuirtear a n-aschur chuig an adder.Tá an rogha mód ríomhchláraithe isteach sa dara mux.Is féidir leis an aschur a bheith ceachtarsioncronachnóasincrónach, ag brath ar ríomhchlárú an tríú mux.Go praiticiúil, tá an adder iomlán nó codanna dea stóráil mar fheidhmeannaisteach sa LUTs d'fhonn a shábháilspás.^[22][23][24]

Bloic chrua[eagar]

Leathnaíonn teaghlaigh FPGA nua-aimseartha ar na cumais thuas chun feidhmiúlacht ardleibhéil atá socraithe i sileacain a chur san áireamh.Trí na feidhmeanna coitianta seo a bheith leabaithe sa chiorcad laghdaítear an t-achar atá ag teastáil agus tugann sé luas méadaithe do na feidhmeanna sin i gcomparáid lena dtógáil ó phrimitives loighciúla.I measc samplaí díobh seo táiolraitheoirí, cineálachBloic DSP,próiseálaithe leabaithe, loighic I/O ardluais agus leabaithecuimhní cinn.

Is féidir ardluais a bheith i FPGAanna ardleibhéiltrasghlacadóirí il gigabitaguscores IP cruamarcores próiseálaí,Ethernet aonaid rialaithe rochtana meánacha,PCI/PCI Expressrialaitheoirí, agus rialaitheoirí cuimhne seachtracha.Tá na croíleacáin seo ann taobh leis an bhfabraic in-ríomhchláraithe, ach tá siad tógtha astrasraitheoiríin ionad LUTs ionas go mbeidh siad ASIC-leibhéalfeidhmíochtagusídiú cumhachtagan méid suntasach acmhainní fabraice a chaitheamh, rud a fhágann go bhfuil níos mó den fhabraic saor in aisce don loighic a bhaineann go sonrach leis an iarratas.Cuimsítear sna trasghlacadóirí il-gigabit freisin ciorcaid ionchuir agus aschuir analógach ardfheidhmíochta mar aon le srathachtóirí agus díshaidhmeoirí ardluais, comhpháirteanna nach féidir a thógáil as LUTanna.Feidhmiúlacht ciseal fisiciúil ardleibhéil (PHY) marcódú líneféadfar nó nach féidir a chur i bhfeidhm in éineacht leis na sraitheachóirí agus díserializers i loighic chrua, ag brath ar an FPGA.