XC5VSX50T-1FFG1136I مدارهای مجتمع قطعات الکترونیکی اصلی و تراشه آی سی جدید

ویژگی های محصول

گزارش خطای اطلاعات محصول

مشاهده مشابه

اسناد و رسانه ها

طبقه بندی محیطی و صادراتی

 آرایه دروازه قابل برنامه ریزی در میدان

 آآرایه دروازه قابل برنامه ریزی میدانی(FPGA) هست یکمدار مجتمعطراحی شده برای پیکربندی توسط یک مشتری یا یک طراح پس از ساخت - از این رو اصطلاحقابل برنامه ریزی میدانی.پیکربندی FPGA به طور کلی با استفاده از a مشخص می شودزبان توضیحات سخت افزار(HDL)، مشابه آنچه برای یکمدار مجتمع مخصوص کاربرد(ASIC).نمودارهای مدارقبلاً برای تعیین پیکربندی استفاده می شد، اما به دلیل ظهور به طور فزاینده ای نادر استاتوماسیون طراحی الکترونیکیابزار.

FPGA ها حاوی آرایه ای ازقابل برنامه ریزی بلوک های منطقیو سلسله مراتبی از اتصالات قابل تنظیم مجدد که اجازه می دهد بلوک ها به هم متصل شوند.بلوک های منطقی را می توان برای اجرای پیچیده پیکربندی کردتوابع ترکیبی، یا به سادگی عمل کنیددرگاه های منطقیپسندیدنووXOR.در اکثر FPGA ها، بلوک های منطقی نیز شامل می شوندعناصر حافظه، که ممکن است ساده باشدفلیپ فلاپیا بلوک های کامل تری از حافظه.^[1]بسیاری از FPGA ها را می توان برای پیاده سازی های مختلف دوباره برنامه ریزی کردتوابع منطقی، امکان انعطاف پذیری را فراهم می کندمحاسبات قابل تنظیم مجددهمانطور که درنرم افزار کامپیوتر.

FPGA ها نقش قابل توجهی درسیستم تعبیه شدهتوسعه به دلیل توانایی آنها برای شروع توسعه نرم افزار سیستم به طور همزمان با سخت افزار، فعال کردن شبیه سازی عملکرد سیستم در مراحل اولیه توسعه و اجازه آزمایش های مختلف سیستم و تکرارهای طراحی قبل از نهایی کردن معماری سیستم.^[2] 

تاریخ[ویرایش کنید]

صنعت FPGA از آن جوانه زدحافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی(PROM) ودستگاه های منطقی قابل برنامه ریزی(PLDs).PROM ها و PLD ها هر دو این گزینه را داشتند که به صورت دسته ای در یک کارخانه یا در میدان برنامه ریزی شوند (قابل برنامه ریزی در میدان).^[3]

آلترادر سال 1983 تاسیس شد و اولین دستگاه منطقی قابل برنامه ریزی مجدد صنعت را در سال 1984 ارائه کرد - EP300 - که دارای یک پنجره کوارتز در بسته بود که به کاربران اجازه می داد یک لامپ ماوراء بنفش را بر روی قالب بتابانند تا پاک شود.EPROMسلول هایی که پیکربندی دستگاه را نگه می داشتند.^[4]

Xilinxاولین مورد تجاری قابل برنامه ریزی میدانی را تولید کردآرایه دروازهدر سال 1985^[3]– XC2064.^[5]XC2064 دارای گیت‌های قابل برنامه‌ریزی و اتصالات قابل برنامه‌ریزی بین گیت‌ها بود که آغاز یک فناوری و بازار جدید بود.^[6]XC2064 دارای 64 بلوک منطقی قابل تنظیم (CLB) با دو سه ورودی بود.جداول جستجو(LUTs).^[7]

در سال 1987،مرکز جنگ های سطحی نیروی دریاییهزینه آزمایشی را که استیو کسلمن برای توسعه رایانه‌ای که 600000 گیت قابل برنامه‌ریزی مجدد را اجرا می‌کند، ارائه کرد.Casselman موفق شد و در سال 1992 حق اختراع مربوط به این سیستم صادر شد.^[3]

Altera و Xilinx بدون چالش ادامه دادند و به سرعت از سال 1985 تا اواسط دهه 1990 رشد کردند، زمانی که رقبا رشد کردند و بخش قابل توجهی از سهم بازار آنها را از بین بردند.تا سال 1993، Actel (اکنونمیکروسمی) حدود 18 درصد از بازار را خدمت می کرد.^[6]

دهه 1990 دوره رشد سریع FPGAها، هم در پیچیدگی مدار و هم در حجم تولید بود.در اوایل دهه 1990، FPGA در درجه اول استفاده می شدمخابراتوشبکه.در پایان این دهه، FPGA ها راه خود را به کاربردهای مصرف کننده، خودرو و صنعتی باز کردند.^[8]

تا سال 2013، Altera (31 درصد)، Actel (10 درصد) و Xilinx (36 درصد) با هم تقریباً 77 درصد از بازار FPGA را تشکیل می دادند.^[9]

شرکت‌هایی مانند مایکروسافت شروع به استفاده از FPGA برای سرعت بخشیدن به سیستم‌های با کارایی بالا و محاسباتی فشرده (مانندمراکز دادهکه خود را عمل می کنندموتور جستجوی بینگ)، با توجه بهعملکرد در هر واتمزیت FPGA ارائه می شود.^[10]مایکروسافت شروع به استفاده از FPGA ها کردسرعت بخشیدنبینگ در سال 2014 و در سال 2018 شروع به استقرار FPGA در سایر بارهای کاری مرکز داده برای خود کرد.لاجوردی پردازش ابریسکو.^[11]

جدول زمانی زیر پیشرفت در جنبه های مختلف طراحی FPGA را نشان می دهد:

گیتس

• 1987: 9000 دروازه، Xilinx^[6]
• 1992: 600000، وزارت جنگ های سطحی نیروی دریایی^[3]
• اوایل دهه 2000: میلیون ها^[8]
• 2013: 50 میلیون، Xilinx^[12]

اندازه بازار

• 1985: اولین FPGA تجاری: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 میلیون دلار^[6]
• ج1993: > 385 میلیون دلار^{[6][تأیید ناموفق]}
• 2005: 1.9 میلیارد دلار^[13]
• برآوردهای سال 2010: 2.75 میلیارد دلار^[13]
• 2013: 5.4 میلیارد دلار^[14]
• برآورد 2020: 9.8 میلیارد دلار^[14]

طراحی شروع می شود

آشروع طراحییک طراحی سفارشی جدید برای پیاده سازی بر روی FPGA است.

• 2005: 80000^[15]
• 2008: 90000^[16]

طرح[ویرایش کنید]

FPGAهای معاصر دارای منابع زیادی هستنددرگاه های منطقیو بلوک های RAM برای پیاده سازی محاسبات دیجیتال پیچیده.همانطور که طراحی های FPGA از نرخ های ورودی/خروجی بسیار سریع و داده های دو طرفه استفاده می کننداتوبوس ها، بررسی زمان بندی صحیح داده های معتبر در زمان راه اندازی و زمان نگهداری به یک چالش تبدیل می شود.

برنامه ریزی طبقاتتخصیص منابع در FPGAها را قادر می سازد تا این محدودیت های زمانی را برآورده کند.FPGA ها می توانند برای پیاده سازی هر تابع منطقی استفاده شوندASICمیتواند انجام دهد. میتواند کار کند. میتواند عمل کند.امکان به روز رسانی عملکرد پس از حمل و نقل،پیکربندی مجدد جزئیبخشی از طرح^[17]و هزینه های مهندسی غیر تکراری پایین نسبت به طراحی ASIC (با وجود هزینه واحد به طور کلی بالاتر)، مزایایی را برای بسیاری از کاربردها ارائه می دهد.^[1]

برخی از FPGA ها علاوه بر عملکردهای دیجیتال، دارای ویژگی های آنالوگ نیز هستند.رایج ترین ویژگی آنالوگ قابل برنامه ریزی استنرخ کشتارروی هر پایه خروجی، به مهندس این امکان را می‌دهد که نرخ‌های پایینی را روی پین‌هایی که بارگذاری کمی دارند، تنظیم کند که در غیر این صورتحلقهیازن و شوهربه طور غیرقابل قبول، و برای تعیین نرخ های بالاتر روی پین های بارگذاری شده زیاد در کانال های پرسرعت که در غیر این صورت خیلی کند کار می کنند.^[18][19]همچنین کوارتز رایج استنوسانگرهای کریستالی، نوسان سازهای مقاومت خازنی روی تراشه وحلقه های فاز قفل شدهبا تعبیه شدهنوسانگرهای کنترل شده با ولتاژبرای تولید و مدیریت ساعت و همچنین برای سریال‌ساز-درسیالایزر پرسرعت (SERDES) برای انتقال ساعت‌ها و بازیابی ساعت گیرنده استفاده می‌شود.نسبتا متداول دیفرانسیل هستندمقایسه کننده هاروی پین های ورودی طراحی شده برای اتصالسیگنالینگ دیفرانسیلکانال هاتعداد کمی "سیگنال مختلطFPGA ها» دارای تجهیزات جانبی یکپارچه هستندمبدل های آنالوگ به دیجیتال(ADCها) ومبدل های دیجیتال به آنالوگ(DAC) با بلوک های تهویه سیگنال آنالوگ که به آنها اجازه می دهد تا به عنوان یکسیستم روی یک تراشه(SoC).^[20]چنین دستگاه هایی مرز بین یک FPGA را که عددهای دیجیتال و صفر را روی پارچه داخلی قابل برنامه ریزی داخلی خود حمل می کند، محو می کند.آرایه آنالوگ قابل برنامه ریزی میدانی(FPAA)، که مقادیر آنالوگ را بر روی پارچه داخلی قابل برنامه ریزی داخلی خود حمل می کند.