Integrated Circuit IC Chip ອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກ XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

ຄຸນລັກສະນະຂອງຜະລິດຕະພັນ

ລາຍງານຂໍ້ມູນຜະລິດຕະພັນຜິດພາດ

ເບິ່ງຄ້າຍຄືກັນ

ເອກະສານ ແລະສື່

ການຈັດປະເພດສິ່ງແວດລ້ອມ ແລະສົ່ງອອກ

array gate-programmable ພາກສະຫນາມ

ກarray gate-programmable field-programmable(FPGA) ເປັນວົງຈອນລວມອອກແບບມາເພື່ອກຳນົດຄ່າໂດຍລູກຄ້າ ຫຼືຜູ້ອອກແບບຫຼັງຈາກການຜະລິດ – ສະນັ້ນ ຄຳສັບfield-programmable.ການຕັ້ງຄ່າ FPGA ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນຖືກກໍານົດໂດຍໃຊ້ aພາສາຄໍາອະທິບາຍຮາດແວ(HDL), ຄ້າຍຄືກັນກັບທີ່ໃຊ້ສໍາລັບການວົງຈອນລວມຂອງແອັບພລິເຄຊັນສະເພາະ(ASIC).ແຜນວາດວົງຈອນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນເມື່ອກ່ອນເພື່ອກໍານົດການຕັ້ງຄ່າ, ແຕ່ນີ້ແມ່ນຫາຍາກເພີ່ມຂຶ້ນເນື່ອງຈາກການມາເຖິງຂອງອັດຕະໂນມັດການອອກແບບເອເລັກໂຕຣນິກເຄື່ອງ​ມື.

FPGAs ມີ array ຂອງສາມາດຕັ້ງໂປຣແກຣມໄດ້ ຕັນຕາມເຫດຜົນ, ແລະລໍາດັບຊັ້ນຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ກັນຄືນໃຫມ່ທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ບລັອກສາມາດເຊື່ອມຕໍ່ກັນໄດ້.ຕັນຕາມເຫດຜົນສາມາດຖືກຕັ້ງຄ່າເພື່ອປະຕິບັດສະລັບສັບຊ້ອນຫນ້າທີ່ປະສົມປະສານ, ຫຼືປະຕິບັດເປັນງ່າຍດາຍປະຕູຮົ້ວຕາມເຫດຜົນມັກແລະແລະXOR.ໃນ FPGAs ສ່ວນໃຫຍ່, ຕັນທາງຕັນຍັງປະກອບມີອົງປະກອບຄວາມຊົງຈໍາ, ຊຶ່ງອາດຈະງ່າຍດາຍflip-flopsຫຼືຄວາມຊົງຈໍາທີ່ສົມບູນກວ່າ.^[1]FPGAs ຈໍານວນຫຼາຍສາມາດ reprogrammed ເພື່ອປະຕິບັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນຟັງຊັນຕາມເຫດຜົນ, ອະນຸຍາດໃຫ້ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຄອມ​ພິວ​ເຕີ​ທີ່​ສາ​ມາດ​ປັບ​ແຕ່ງ​ໄດ້​ດັ່ງທີ່ໄດ້ປະຕິບັດໃນຊອບ​ແວ​ຄອມ​ພິວ​ເຕີ​.

FPGAs ມີບົດບາດທີ່ໂດດເດັ່ນໃນລະບົບຝັງການພັດທະນາເນື່ອງຈາກຄວາມສາມາດໃນການເລີ່ມຕົ້ນການພັດທະນາຊອບແວລະບົບພ້ອມໆກັນກັບຮາດແວ, ເປີດໃຊ້ການຈໍາລອງການປະຕິບັດລະບົບໃນຊ່ວງຕົ້ນໆຂອງການພັດທະນາ, ແລະອະນຸຍາດໃຫ້ມີການທົດລອງລະບົບຕ່າງໆແລະການອອກແບບຄືນໃຫມ່ກ່ອນທີ່ຈະສໍາເລັດໂຄງສ້າງລະບົບ.^[2]

ປະຫວັດສາດ[ແກ້ໄຂ]

ອຸດສາຫະກໍາ FPGA sprouted ຈາກໜ່ວຍຄວາມຈຳແບບອ່ານເທົ່ານັ້ນທີ່ສາມາດຂຽນໂປຣແກຣມໄດ້(PROM) ແລະອຸປະກອນຕາມເຫດຜົນຂອງໂປຣແກຣມ(PLDs).PROMs ແລະ PLDs ທັງສອງມີທາງເລືອກໃນການດໍາເນີນໂຄງການເປັນ batches ໃນໂຮງງານຫຼືໃນພາກສະຫນາມ (field-programmable).^[3]

Alteraໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນປີ 1983 ແລະໄດ້ສົ່ງອຸປະກອນຕາມເຫດຜົນ reprogrammable ທໍາອິດຂອງອຸດສາຫະກໍາໃນປີ 1984 - EP300 - ເຊິ່ງມີລັກສະນະເປັນປ່ອງຢ້ຽມ quartz ໃນຊຸດທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ຜູ້ໃຊ້ສາມາດສ່ອງແສງໂຄມໄຟ ultra-violet ເທິງເຄື່ອງຕາຍເພື່ອລົບລ້າງ.EPROMຈຸລັງທີ່ຖືການຕັ້ງຄ່າອຸປະກອນ.^[4]

Xilinxຜະລິດເປັນພາກສະຫນາມ-programmable ທາງດ້ານການຄ້າຄັ້ງທໍາອິດgate arrayໃນປີ 1985^[3]- XC2064.^[5]XC2064 ມີປະຕູທີ່ສາມາດຂຽນໂປຣແກຣມໄດ້ ແລະສາມາດເຊື່ອມຕໍ່ກັນໄດ້ລະຫວ່າງປະຕູ, ການເລີ່ມຕົ້ນຂອງເທັກໂນໂລຍີໃໝ່ ແລະຕະຫຼາດ.^[6]XC2064 ມີ 64 ຕັນ logic ທີ່ສາມາດຕັ້ງຄ່າໄດ້ (CLBs), ມີສອງສາມ input.ຕາຕະລາງຊອກຫາ(LUTs).^[7]

ໃນປີ 1987, ໄດ້ສູນ​ກາງ​ການ​ສູ້​ຮົບ​ພື້ນ​ຜິວ​ເຮືອ​ໄດ້ໃຫ້ທຶນແກ່ການທົດລອງທີ່ສະເໜີໂດຍ Steve Casselman ເພື່ອພັດທະນາຄອມພິວເຕີທີ່ຈະປະຕິບັດ 600,000 reprogrammable gates.Casselman ປະສົບຜົນສໍາເລັດແລະສິດທິບັດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບລະບົບໄດ້ຖືກອອກໃນປີ 1992.^[3]

Altera ແລະ Xilinx ສືບຕໍ່ບໍ່ທ້າທາຍແລະຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງໄວວາຈາກ 1985 ຫາກາງຊຸມປີ 1990 ເມື່ອຄູ່ແຂ່ງໄດ້ເຕີບໃຫຍ່ຂຶ້ນ, ທໍາລາຍສ່ວນທີ່ສໍາຄັນຂອງສ່ວນແບ່ງຕະຫຼາດຂອງພວກເຂົາ.ໃນປີ 1993, Actel (ປະຈຸບັນໄມໂຄຣເຊມິ) ໄດ້ໃຫ້ບໍລິການປະມານ 18 ເປີເຊັນຂອງຕະຫຼາດ.^[6]

ຊຸມປີ 1990 ແມ່ນໄລຍະເວລາຂອງການຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງໄວວາສໍາລັບ FPGAs, ທັງໃນຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງວົງຈອນແລະປະລິມານການຜະລິດ.ໃນຕົ້ນຊຸມປີ 1990, FPGAs ຖືກນໍາໃຊ້ຕົ້ນຕໍໃນໂທລະຄົມມະນາຄົມແລະເຄືອຂ່າຍ.ໃນຕອນທ້າຍຂອງທົດສະວັດ, FPGAs ໄດ້ພົບເຫັນວິທີການຂອງເຂົາເຈົ້າເຂົ້າໄປໃນຜູ້ບໍລິໂພກ, ລົດຍົນ, ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອຸດສາຫະກໍາ.^[8]

ໃນປີ 2013, Altera (31 ເປີເຊັນ), Actel (10 ເປີເຊັນ) ແລະ Xilinx (36 ເປີເຊັນ) ຮ່ວມກັນເປັນຕົວແທນປະມານ 77 ເປີເຊັນຂອງຕະຫຼາດ FPGA.^[9]

ບໍລິສັດເຊັ່ນ Microsoft ໄດ້ເລີ່ມໃຊ້ FPGAs ເພື່ອເລັ່ງລະບົບທີ່ມີປະສິດຕິພາບສູງ, ຄອມພິວເຕີທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນ (ເຊັ່ນ:ສູນຂໍ້ມູນທີ່ດໍາເນີນການຂອງເຂົາເຈົ້າເຄື່ອງຈັກຊອກຫາ Bing), ເນື່ອງ​ຈາກ​ປະສິດທິພາບຕໍ່ວັດປະໂຫຍດ FPGAs ສົ່ງ.^[10]Microsoft ເລີ່ມໃຊ້ FPGAs ເພື່ອເລັ່ງBing ໃນປີ 2014, ແລະໃນປີ 2018 ໄດ້ເລີ່ມນຳໃຊ້ FPGAs ໃນທົ່ວບ່ອນເຮັດວຽກຂອງສູນຂໍ້ມູນອື່ນໆສຳລັບພວກເຂົາ.Azure ຄອມພິວເຕີ້ຟັງເວທີ.^[11]

ໄລຍະເວລາຕໍ່ໄປນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນຄວາມຄືບຫນ້າໃນລັກສະນະທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງການອອກແບບ FPGA:

ປະຕູ

• 1987: 9,000 ປະຕູ, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, ກົມສົງຄາມພື້ນຜິວຂອງກອງທັບເຮືອ^[3]
• ຕົ້ນປີ 2000: ລ້ານ^[8]
• 2013: 50 ລ້ານ, Xilinx^[12]

ຂະຫນາດຕະຫຼາດ

• 1985: FPGA ການຄ້າຄັ້ງທໍາອິດ: Xilinx XC2064^[5][6]
• ປີ 1987: 14 ລ້ານ​ໂດ​ລາ^[6]
• ຄ.1993: > 385 ລ້ານໂດລາສະຫະລັດ^{[6][ການຢັ້ງຢືນລົ້ມເຫລວ]}
• 2005: 1.9 ຕື້ໂດລາ^[13]
• ປີ 2010 ຄາດ​ຄະ​ເນ: 2,75 ຕື້​ໂດ​ລາ^[13]
• ປີ 2013: 5,4 ຕື້ໂດລາ^[14]
• ຄາດ​ວ່າ​ປີ 2020: 9,8 ຕື້​ໂດ​ລາ^[14]

ການອອກແບບເລີ່ມຕົ້ນ

ກການ​ເລີ່ມ​ຕົ້ນ​ການ​ອອກ​ແບບ​ແມ່ນການອອກແບບທີ່ກໍາຫນົດເອງໃຫມ່ສໍາລັບການປະຕິບັດໃນ FPGA.

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

ອອກ​ແບບ[ແກ້ໄຂ]

FPGAs ໃນປະຈຸບັນມີຊັບພະຍາກອນຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງປະຕູຮົ້ວຕາມເຫດຜົນແລະຕັນ RAM ເພື່ອປະຕິບັດການຄິດໄລ່ດິຈິຕອນທີ່ສັບສົນ.ຍ້ອນວ່າການອອກແບບ FPGA ນຳໃຊ້ອັດຕາ I/O ທີ່ໄວຫຼາຍ ແລະຂໍ້ມູນສອງທິດທາງລົດເມ, ມັນກາຍເປັນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ຈະກວດສອບການກໍານົດເວລາທີ່ຖືກຕ້ອງຂອງຂໍ້ມູນທີ່ຖືກຕ້ອງພາຍໃນເວລາຕັ້ງຄ່າແລະເວລາຖື.

ການວາງແຜນຊັ້ນເຮັດໃຫ້ການຈັດສັນຊັບພະຍາກອນພາຍໃນ FPGAs ເພື່ອຕອບສະຫນອງຂໍ້ຈໍາກັດເວລາເຫຼົ່ານີ້.FPGAs ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປະຕິບັດຫນ້າທີ່ມີເຫດຜົນໃດກໍ່ຕາມASICສາມາດປະຕິບັດ.ຄວາມສາມາດໃນການປັບປຸງການເຮັດວຽກຫຼັງຈາກການຂົນສົ່ງ,ການ​ຕັ້ງ​ຄ່າ​ຄືນ​ໃຫມ່​ບາງ​ສ່ວນ​ບາງສ່ວນຂອງການອອກແບບ^[17]ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍດ້ານວິສະວະກໍາທີ່ບໍ່ເກີດຂຶ້ນຊໍ້າຕ່ໍາທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການອອກແບບ ASIC (ເຖິງແມ່ນວ່າຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕໍ່ຫນ່ວຍທີ່ສູງກວ່າໂດຍທົ່ວໄປ), ສະເຫນີຂໍ້ດີສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫຼາຍ.^[1]

ບາງ FPGAs ມີລັກສະນະການປຽບທຽບນອກເຫນືອຈາກຫນ້າທີ່ດິຈິຕອນ.ລັກສະນະການປຽບທຽບທົ່ວໄປທີ່ສຸດແມ່ນໂຄງການອັດຕາການລ້າໃນແຕ່ລະ pin ຜົນຜະລິດ, ອະນຸຍາດໃຫ້ວິສະວະກອນກໍານົດອັດຕາຕ່ໍາສຸດ pins loaded lightly ຖ້າບໍ່ດັ່ງນັ້ນແຫວນຫຼືຄູ່ຍອມຮັບບໍ່ໄດ້, ແລະເພື່ອກໍານົດອັດຕາທີ່ສູງຂຶ້ນໃນ pins ໂຫຼດຫຼາຍໃນຊ່ອງທາງຄວາມໄວສູງທີ່ຖ້າບໍ່ດັ່ງນັ້ນຈະແລ່ນຊ້າເກີນໄປ.^[18][19]ທົ່ວໄປແມ່ນ quartz-oscillators ໄປເຊຍກັນ, on-chip resistance-capacitance oscillators, ແລະloops ລັອກໄລຍະດ້ວຍການຝັງoscillators ຄວບຄຸມແຮງດັນໃຊ້ສໍາລັບການຜະລິດໂມງແລະການຄຸ້ມຄອງເຊັ່ນດຽວກັນກັບສໍາລັບ serializer-deserializer ຄວາມໄວສູງ (SERDES) ສົ່ງໂມງແລະການຟື້ນຕົວໂມງຮັບ.ຂ້ອນຂ້າງທົ່ວໄປແມ່ນຄວາມແຕກຕ່າງຜູ້ປຽບທຽບໃນ pins input ອອກແບບມາເພື່ອເຊື່ອມຕໍ່ກັບສັນຍານຄວາມແຕກຕ່າງຊ່ອງ.ສອງສາມ "ສັນ​ຍານ​ປະ​ສົມ​FPGAs” ມີອຸປະກອນເສີມປະສົມປະສານຕົວປ່ຽນອະນາລັອກເປັນດິຈິຕອນ(ADCs) ແລະຕົວປ່ຽນດິຈິຕອນເປັນອະນາລັອກ(DACs​) ທີ່​ມີ​ຕັນ​ປັບ​ສັນ​ຍານ​ອະ​ນາ​ລັອກ​ອະ​ນຸ​ຍາດ​ໃຫ້​ເຂົາ​ເຈົ້າ​ດໍາ​ເນີນ​ການ​ເປັນ​system-on-a-chip(SoC).^[20]ອຸ​ປະ​ກອນ​ດັ່ງ​ກ່າວ​ມົວ​ເສັ້ນ​ລະ​ຫວ່າງ FPGA​, ເຊິ່ງ​ນໍາ​ເອົາ​ດິ​ຈິ​ຕອນ​ແລະ​ສູນ​ຢູ່​ໃນ​ຜ້າ​ການ​ເຊື່ອມ​ຕໍ່​ກັນ​ຂອງ​ຕົນ​ທີ່​ຕັ້ງ​ໂຄງ​ການ​, ແລະarray ອະນາລັອກທີ່ຕັ້ງໂປຣແກຣມໄດ້ພາກສະຫນາມ(FPAA), ເຊິ່ງມີຄ່າອະນາລັອກຢູ່ໃນຜ້າທີ່ສາມາດເຊື່ອມຕໍ່ກັນໄດ້ພາຍໃນໂຄງການ.