Электронный компонент микросхемы интегральной схемы XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

Атрибуты продукта

Сообщить об ошибке информации о продукте

Посмотреть похожие

Документы и СМИ

Экологические и экспортные классификации

Программируемая пользователем вентильная матрица

Апрограммируемая пользователем вентильная матрица(ПЛИС) являетсяИнтегральная схемапредназначен для настройки заказчиком или дизайнером после производства – отсюда и терминпрограммируемый пользователем.Конфигурация FPGA обычно задается с помощьюязык описания оборудования(ЛПВП), аналогичный тому, который используется дляинтегральная схема для конкретного применения(АСИК).Принципиальные схемыранее использовались для указания конфигурации, но это становится все реже из-за появленияавтоматизация электронного проектированияинструменты.

FPGA содержат массивпрограммируемый логические блокии иерархия реконфигурируемых межсоединений, позволяющая соединять блоки вместе.Логические блоки могут быть сконфигурированы для выполнения сложныхкомбинационные функцииили действовать как простологические элементынравитьсяИиисключающее ИЛИ.В большинстве ПЛИС логические блоки также включают в себяэлементы памяти, что может быть простымшлепкиили более полных блоков памяти.^[1]Многие FPGA можно перепрограммировать для реализации различныхлогические функции, что позволяет гибкореконфигурируемые вычислениякак исполнено вкомпьютерное программное обеспечение.

FPGA играют замечательную роль вВстроенная системаразработка благодаря их способности начинать разработку системного программного обеспечения одновременно с разработкой аппаратного обеспечения, обеспечивать моделирование производительности системы на очень ранней стадии разработки, а также обеспечивать возможность различных испытаний системы и итераций проектирования перед завершением разработки системной архитектуры.^[2]

История[редактировать]

Индустрия FPGA возникла изпрограммируемая постоянная память(ПРОМ) ипрограммируемые логические устройства(ПЛД).И PROM, и PLD можно было программировать партиями на заводе или в полевых условиях (программируемое на месте).^[3]

Альтерабыла основана в 1983 году и в 1984 году выпустила первое в отрасли перепрограммируемое логическое устройство — EP300, в корпусе которого было кварцевое окно, позволяющее пользователям освещать кристалл ультрафиолетовой лампой, чтобы стеретьСППЗУячейки, в которых хранилась конфигурация устройства.^[4]

Ксилинксвыпустил первый коммерчески жизнеспособный программируемый пользователеммассив вентилейв 1985 году^[3]– ХС2064.^[5]XC2064 имел программируемые ворота и программируемые соединения между воротами, что положило начало новой технологии и рынку.^[6]XC2064 имел 64 конфигурируемых логических блока (CLB), два из которых имели три входа.таблицы поиска(ЛУТы).^[7]

В 1987 годуЦентр надводных боевых действий ВМФпрофинансировал эксперимент, предложенный Стивом Кассельманом, по разработке компьютера, который будет реализовывать 600 000 перепрограммируемых вентилей.Кассельман добился успеха, и в 1992 году на систему был выдан патент.^[3]

Altera и Xilinx продолжали оставаться бесспорными и быстро росли с 1985 года до середины 1990-х годов, когда появились конкуренты, разрушившие значительную часть их доли рынка.К 1993 году Actel (нынеМикросеми) обслуживал около 18 процентов рынка.^[6]

1990-е годы были периодом быстрого роста FPGA, как по сложности схем, так и по объему производства.В начале 1990-х годов FPGA в основном использовались втелекоммуникацииисеть.К концу десятилетия FPGA нашли свое применение в потребительских, автомобильных и промышленных приложениях.^[8]

К 2013 году Altera (31 процент), Actel (10 процентов) и Xilinx (36 процентов) вместе представляли примерно 77 процентов рынка FPGA.^[9]

Такие компании, как Microsoft, начали использовать FPGA для ускорения высокопроизводительных, ресурсоемких систем (таких какцентры обработки данныхкоторые управляют своимипоисковая система Бинг), из-запроизводительность на ваттпреимущества, которые дают FPGA.^[10]Microsoft начала использовать FPGA дляускорятьсяBing в 2014 году и в 2018 году начали развертывать FPGA в других рабочих нагрузках центров обработки данных для своихЛазурный облачные вычисленияПлатформа.^[11]

Следующие графики показывают прогресс в различных аспектах проектирования FPGA:

Ворота

• 1987: 9000 ворот, Ксилинкс^[6]
• 1992: 600 000, Департамент надводной войны ВМФ.^[3]
• Начало 2000-х: миллионы^[8]
• 2013: 50 миллионов, Xilinx^[12]

Размер рынка

• 1985: Первая коммерческая FPGA: Xilinx XC2064.^[5][6]
• 1987: 14 миллионов долларов^[6]
• в.1993: >385 миллионов долларов^{[6][неудавшаяся проверка]}
• 2005: 1,9 миллиарда долларов^[13]
• Оценка на 2010 год: 2,75 миллиарда долларов.^[13]
• 2013: 5,4 миллиарда долларов^[14]
• Оценка на 2020 год: 9,8 миллиарда долларов.^[14]

Начало проектирования

Аначало проектированияэто новый индивидуальный дизайн для реализации на FPGA.

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

Дизайн[редактировать]

Современные ПЛИС обладают большими возможностямилогические элементыи блоки ОЗУ для реализации сложных цифровых вычислений.Поскольку в конструкциях FPGA используются очень высокие скорости ввода-вывода и двунаправленные данныеАвтобусы, становится проблемой проверить правильность синхронизации действительных данных в течение времени установки и времени удержания.

Планировка этажапозволяет распределять ресурсы внутри FPGA для удовлетворения этих временных ограничений.FPGA могут использоваться для реализации любой логической функции, которуюASICможет выступать.Возможность обновления функционала после доставки,частичная реконфигурациячасть конструкции^[17]а низкие единовременные затраты на проектирование по сравнению с конструкцией ASIC (несмотря на, как правило, более высокую удельную стоимость), предлагают преимущества для многих приложений.^[1]

Некоторые FPGA помимо цифровых функций имеют аналоговые функции.Наиболее распространенной аналоговой функцией является программируемаяскорость нарастанияна каждом выходном контакте, что позволяет инженеру устанавливать низкие скорости на слегка нагруженных контактах, которые в противном случаекольцоилипаранеприемлемо и устанавливать более высокие скорости на сильно нагруженных выводах высокоскоростных каналов, которые в противном случае работали бы слишком медленно.^[18][19]Также распространены кварц-кварцевые генераторы, встроенные резистивно-емкостные генераторы ипетли фазовой автоподстройки частотысо встроеннымгенераторы, управляемые напряжениемиспользуется для генерации и управления тактовыми сигналами, а также для высокоскоростного сериализатора-десериализатора (SERDES) тактовых импульсов передачи и восстановления тактовых импульсов приемника.Довольно распространены дифференциальныекомпараторына входных контактах, предназначенных для подключения кдифференциальная сигнализацияканалы.Немного "смешанный сигналFPGA» имеют интегрированную периферию.аналого-цифровые преобразователи(АЦП) ицифро-аналоговые преобразователи(DAC) с блоками формирования аналогового сигнала, позволяющими им работать каксистема на кристалле(SoC).^[20]Такие устройства стирают грань между FPGA, которая хранит цифровые единицы и нули на своей внутренней программируемой межкомпонентной сети, ипрограммируемая пользователем аналоговая матрица(FPAA), который передает аналоговые значения по своей внутренней программируемой межкомпонентной сети.