(vaovao sy tany am-boalohany) misy tahiry 3S200A-4FTG256C Chip IC XC3S200A-4FTG256C

Toetra vokatra

 Field Programmable Gate Array

 nyarray vavahady azo zahana an-tsaha(FPGA) dia nycircuit mitambatranatao hamboarin'ny mpanjifa na mpamorona aorian'ny famokarana - noho izany ny tenysaha-programmable.Ny fanamafisana FPGA dia voafaritra amin'ny fampiasana afiteny famaritana hardware(HDL), mitovy amin'ny ampiasaina amin'nycircuit Integrated manokana fampiharana(ASIC).Sarimihetsika boriborydia nampiasaina teo aloha mba hamaritana ny fanamafisana, saingy miha-mitombo izany noho ny fahatongavan'nyautomatique famolavolana elektronikafitaovana.

Ny FPGA dia misy karazanaprogrammable blocs lojika, ary ny ambaratongam-pifandraisana azo amboarina ahafahan'ny sakana mifandray.Ny blocs lojika dia azo amboarina mba hanatanteraka sarotraasa mitambatra, na manao zavatra tsotravavahady lojikaTOYSYSYXOR.Ao amin'ny ankamaroan'ny FPGA, misy koa ny sakana lojikasinga fahatsiarovana, izay mety ho tsotrakapana andian-tadidy feno kokoa.^[1]Betsaka ny FPGA azo amboarina mba hampiharana samihafaasa lojika, mamela malalakacomputing azo reconfiguretoy ny natao taorindrambaiko informatika.

Ny FPGA dia manana anjara toerana miavakarafitra napetrakafampandrosoana noho ny fahafahan'izy ireo manomboka ny fampivoarana rindrambaiko miaraka amin'ny hardware, mamela ny simulation ny fahombiazan'ny rafitra amin'ny dingana voalohany amin'ny fampandrosoana, ary mamela ny fitsapana sy ny famolavolana rafitra isan-karazany alohan'ny hamaranana ny rafitra rafitra.^[2]

Tantara[Ovay]

Nipoitra avy amin'ny indostrian'ny FPGAfitadidiana vakiana afa-tsy programmable(PROM) aryfitaovana lojika azo programa(PLDs).Ny PROM sy ny PLD dia samy nanana safidy ho voarindra amin'ny andiany ao amin'ny orinasa na eny an-tsaha (field-programmable).^[3]

Alteradia naorina tamin'ny 1983 ary nanolotra ny fitaovana lojika azo reprogramable voalohany amin'ny indostria tamin'ny 1984 - ny EP300 - izay ahitana varavarankely quartz ao anaty fonosana izay mamela ny mpampiasa hamirapiratra jiro ultra-violet amin'ny die mba hamafa nyEPROMsela izay nihazona ny fandrindrana ny fitaovana.^[4]

Xilinxnamoaka ny saha-programmable voalohany azo ara-barotravavahady arraytamin’ny 1985^[3]Ny XC2064.^[5]Ny XC2064 dia nanana vavahady azo rindrankajy sy fifandraisana azo zahana eo anelanelan'ny vavahady, fiandohan'ny teknolojia sy tsena vaovao.^[6]Ny XC2064 dia nanana 64 configurable logic blocks (CLBs), miaraka amin'ny fampidirana roa telo.tabilao fitadiavana(LUTs).^[7]

Tamin'ny 1987, nyNaval Surface Warfare Centernamatsy vola ny fanandramana natolotr'i Steve Casselman mba hamolavola solosaina iray izay hampihatra vavahady azo reprogrammable 600.000.Nahomby i Casselman ary navoaka tamin'ny 1992 ny patanty mifandraika amin'ny rafitra.^[3]

Altera sy Xilinx dia nitohy tsy voatohitra ary nitombo haingana nanomboka tamin'ny taona 1985 ka hatramin'ny tapaky ny taona 1990 rehefa nipoitra ny mpifaninana, nanimba ampahany lehibe tamin'ny tsenany.Tamin'ny 1993, Actel (ankehitrinyMicrosemi) dia nanompo manodidina ny 18 isan-jaton'ny tsena.^[6]

Ny taona 1990 dia vanim-potoanan'ny fitomboana haingana ho an'ny FPGA, na eo amin'ny sehatry ny faritra na ny habetsahan'ny famokarana.Tany am-piandohan'ireo taona 1990, ny FPGA dia nampiasaina voalohany indrindraFIFANDRAISAN-DAVITRASYfifaneraserana.Tamin'ny faran'ny folo taona, ny FPGA dia nahita ny làlany ho an'ny mpanjifa, fiara ary indostrialy.^[8]

Tamin'ny taona 2013, Altera (31 isan-jato), Actel (10 isan-jato) ary Xilinx (36 isan-jato) no niara-nisolo tena ny 77 isan-jaton'ny tsenan'ny FPGA.^[9]

Ny orinasa toa an'i Microsoft dia nanomboka nampiasa FPGA mba hanafaingana ny rafitra miasa avo lenta (toy nyivontoerana angonaizay miasa azy ireomilina fikarohana Bing), noho nyfampisehoana isaky ny watttombony FPGAs manatitra.^[10]Nanomboka nampiasa FPGA i MicrosofthainganaBing tamin'ny taona 2014, ary tamin'ny taona 2018 dia nanomboka nametraka FPGA manerana ny enta-mavesatry ny ivontoerana data hafa ho an'izy ireo.Azure informatika rahonasehatra.^[11]

Ireto manaraka ireto dia manondro fivoarana amin'ny lafiny samihafa amin'ny famolavolana FPGA:

vavahady

• 1987: vavahady 9.000, Xilinx^[6]
• 1992: 600.000, Departemantan'ny ady an-dranomasina^[3]
• Tany am-piandohan'ny taona 2000: an-tapitrisany^[8]
• 2013: 50 tapitrisa, Xilinx^[12]

Haben'ny tsena

• 1985: FPGA ara-barotra voalohany: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 tapitrisa dolara^[6]
• c.1993: >385 tapitrisa dolara^{[6][fanamarinana tsy nahomby]}
• 2005: 1,9 lavitrisa dolara^[13]
• Tombanana tamin'ny taona 2010: 2,75 miliara dolara^[13]
• 2013: 5,4 lavitrisa dolara^[14]
• tamin'ny 2020 dia 9.8 US dolara^[14]

Manomboka ny famolavolana

nyfanombohana famolavolanadia endrika mahazatra vaovao ho fampiharana amin'ny FPGA.

• 2005: 80.000^[15]
• 2008: 90.000^[16]

Design[Ovay]

Ny FPGA ankehitriny dia manana loharanon-karena lehibevavahady lojikaary sakana RAM hampiharana kajy nomerika sarotra.Satria ny FPGA dia mampiasa ny tahan'ny I/O haingana sy ny angon-drakitra bidirectionalfiara fitateram-bahoaka, lasa fanamby ny manamarina ny fotoana marina amin'ny angon-drakitra manan-kery ao anatin'ny fotoana fanamboarana sy ny fotoana fitazonana.

Fandrafetana gorodonaahafahan'ny fizarana loharanon-karena ao anatin'ny FPGA mahafeno ireo fe-potoana ireo.Ny FPGA dia azo ampiasaina hampiharana izay fiasa lojika izay aASICafaka manatanteraka.Ny fahafahana manavao ny fiasa aorian'ny fandefasana,ampahany re-configurationny ampahany amin'ny famolavolana^[17]ary ny vidin'ny injeniera tsy miverimberina raha oharina amin'ny famolavolana ASIC (na dia eo aza ny vidin'ny singa amin'ny ankapobeny), dia manome tombony ho an'ny fampiharana maro.^[1]

Ny FPGA sasany dia manana endri-javatra analogue ankoatry ny fiasa nomerika.Ny endri-javatra analoga mahazatra indrindra dia programamabletaham-pamonoanaeo amin'ny tsimatra mivoaka tsirairay, mamela ny injeniera hametraka ny taham-pamokarana ambany amin'ny tsimatra mora entina izay mety tsy ho izanyperatranampivadytsy azo ekena, ary hametraka sara ambony kokoa amin'ny tsimatra be entana amin'ny fantsona haingam-pandeha izay raha tsy izany dia mandeha miadana loatra.^[18][19]Matetika koa ny quartz-oscillators kristaly, on-chip fanoherana-capacitance oscillators, aryfase-mihidy tadivavaranamiaraka amin'ny embedoscillators mifehy ny volyampiasaina amin'ny famokarana sy fitantanana famantaranandro ary koa ho an'ny serializer-deserializer (SERDES) haingam-pandeha mamindra famantaranandro sy famerenana famantaranandro.Tena mahazatra ny differentialcomparatorsamin'ny tsipika fampidirana natao hifandraisanadifferential signalingfantsona.Vitsy "famantarana mifangaroFPGAs" dia manana periferika tafiditrampanova analog-to-digital(ADCs) arympanova nomerika-to-analog(DACs) miaraka amin'ny sakana fanamafisam-peo analoga ahafahan'izy ireo miasa toy ny asystem-on-a-chip(SoC).^[20]Ny fitaovana toy izany dia manjavozavo ny tsipika eo anelanelan'ny FPGA iray, izay mitondra nomerika sy aotra amin'ny lambam-pifandraisana anatiny azo atao, aryarray analoga azo zahana an-tsaha(FPAA), izay mitondra ny soatoavina analogue amin'ny lambam-pifandraisana azo atao ao anatiny.

Blocks lojika[Ovay]

Lahatsoratra lehibe:Block lojika

Ohatra fanoharana tsotra momba ny sela lojika (LUT -Tabilao fitadiavana, FA –Fanampiny feno, DFF –D-karazana flip-flop)

Ny maritrano FPGA mahazatra indrindra dia ahitana karazanablocs lojika(antsoina hoe block logic configurable, CLBs, na block array logic, LAB, miankina amin'ny mpivarotra),I/O pads, ary fantsona zotra.^[1]Amin'ny ankapobeny, mitovy ny sakany (isan'ny tariby) ny fantsona zotra rehetra.Ny pads I/O maromaro dia mety hifanaraka amin'ny haavon'ny andalana iray na ny sakan'ny tsanganana iray ao amin'ny array.

“Tsy maintsy atao sari-tany ao anaty FPGA misy loharanon-karena ampy ny faritra fampiharana.Raha ny isan'ny CLBs/LABs sy I/Os ilaina dia mora faritana avy amin'ny famolavolana, ny isan'ny lalana lalana ilaina dia mety miovaova be na dia eo amin'ny endrika mitovy habe ny lojika.(Ohatra, acrossbar switchmila zotra lavitra kokoa noho ny asystolic arraymiaraka amin'ny isa vavahady mitovy.Koa satria ny làlam-pandehanana tsy ampiasaina dia mampitombo ny vidiny (ary mampihena ny fampisehoana) amin'ny ampahany nefa tsy manome tombony, ny mpanamboatra FPGA dia manandrana manome lalana ampy mba hahafahan'ny ankamaroan'ny famolavolana mifanaraka amin'ny lafin-javatra.tabilao fitadiavana(LUTs) sy I/Os dia mety horesy.Izany no mamaritra izany amin'ny tombantombana toy ny avy amin'nyFitsipika momba ny hofan-tranona amin’ny alalan’ny fanandramana amin’ny endrika efa misy.”^[21]Hatramin'ny taona 2018,tambajotra-on-chipamboarina ny architectures ho an'ny routing sy interconnection.^{[Citation ilaina]}

Amin'ny ankapobeny, ny sakana lojika dia misy sela lojika vitsivitsy (antsoina hoe ALM, LE, slice sns.).Ny sela mahazatra dia misy LUT 4-input, afeno adder(FA) sy aD-karazana flip-flop.Ireo dia azo zaraina ho LUT 3-input roa.Infomba mahazatraIreo dia mitambatra ho LUT 4-input amin'ny voalohanymultiplexer(mux).Inrafitrisafomba, ny vokatra azony dia omena ny adder.Ny fifantenana ny maody dia voarindra ao amin'ny mux faharoa.Ny vokatra dia mety ho nasynchronousnaasynchronous, miankina amin'ny fandaharana ny mux fahatelo.Amin'ny fampiharana, manontolo na ampahany amin'ny adder diavoatahiry ho asaao amin'ny LUTs mba hamonjenatoerana.^[22][23][24]

Blocks mafy [Ovay]

Ny fianakaviana FPGA maoderina dia manitatra amin'ireo fahaiza-manao etsy ambony mba hampidirana fiasa avo lenta raikitra amin'ny silisiôma.Ny fananana ireo fiasa mahazatra ireo ao anatin'ny fizaran-tany dia mampihena ny faritra ilaina ary manome ireo fiasa ireo haingana kokoa raha oharina amin'ny fananganana azy ireo avy amin'ny lojika primitives.Anisan'izany ny ohatramultipliers, génériqueDSP blocs,processeur tafiditra, lojika I/O hafainganam-pandeha avo ary tafiditrafahatsiarovana.

Ny FPGA avo lenta dia mety ahitana hafainganam-pandeha ambonymulti-gigabit transceiverSYmafy IP corestoy nyprocesseur cores,Ethernet sampana fanaraha-maso ny fidirana antonony,PCI/PCI Expressmpanara-maso, ary mpanara-maso fitadidiana ivelany.Ireo cores ireo dia misy miaraka amin'ny lamba azo programanina, saingy vita avy amin'nytransistorsfa tsy LUTs ka manana ASIC-levelfampisehoanaSYfanjifana herinaratratsy mandany loharanon-damba be dia be, mamela malalaka kokoa ny lamba ho an'ny lojika manokana amin'ny fampiharana.Ny transceiver multi-gigabit dia misy ihany koa ny fampidiran-dresaka analoga avo lenta sy ny circuitry output miaraka amin'ny serializers sy deserializers haingana, singa tsy azo amboarina amin'ny LUTs.Fampiasana sosona ara-batana ambony (PHY) toy nykaody andalanaMety na tsy azo ampiharina miaraka amin'ny serializers sy deserializers amin'ny lojika mafy, miankina amin'ny FPGA.