(Nā Hou & Kumu) Loaʻa i ka waihona 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Huahana Huahana

 Field Programmable Gate Array

 Akahua-programmable puka pā(FPGA) hekaapuni huii hoʻolālā ʻia e hoʻonohonoho ʻia e ka mea kūʻai aku a i ʻole ka mea hoʻolālā ma hope o ka hana ʻana - no laila ka huaʻōlelokahua-programmable.Hōʻike ʻia ka hoʻonohonoho FPGA me ka hoʻohana ʻana i kahiʻōlelo wehewehe ʻenehana(HDL), e like me ka mea i hoʻohana ʻia no kahikaapuni hoʻohui pili pono noiʻi(ASIC).Nā kiʻi kaapuniua hoʻohana mua ʻia e wehewehe i ka hoʻonohonoho ʻana, akā ua maʻalahi kēia ma muli o ka hiki ʻana mai omīkini hoʻolālā uilamea paahana.

Loaʻa i nā FPGA kahi ʻano ohiki ke hoʻolālā poloka logic, a me ka hierarchy o reconfigurable interconnects hiki i nā poloka ke uea pū.Hiki ke hoʻonohonoho ʻia nā poloka logic e hana paʻakikīnā hana hui, a i ʻole e hana maʻalahiʻīpuka manaʻolikeAaXOR.I ka nui o nā FPGA, ua komo pū nā poloka logicmea hoʻomanaʻo, maʻalahi pahapaʻa-paʻaa i ʻole nā ​​poloka hoʻomanaʻo piha piha.^[1]Hiki ke hoʻonohonoho hou ʻia nā FPGA he nui e hoʻokō i nā ʻokoʻanā hana loiloi, e ʻae ana i ka maʻalahihoʻopili hou ʻiae like me ka hana mapolokalamu kamepiula.

He kūlana koʻikoʻi ko FPGAʻōnaehana hoʻokomoka hoʻomohala ʻana ma muli o ko lākou hiki ke hoʻomaka i ka hoʻomohala ʻana i nā polokalamu polokalamu i ka manawa like me ka lako, hiki ke hoʻohālikelike i ka hana ʻana o ka ʻōnaehana i ka wā mua loa o ka hoʻomohala ʻana, a ʻae i nā hoʻokolohua ʻōnaehana like ʻole a me nā hoʻolālā hoʻolālā ma mua o ka hoʻopau ʻana i ka hoʻolālā ʻōnaehana.^[2]

Moolelo[hoʻoponopono]

Ua ulu ka ʻoihana FPGA maihoʻomanaʻo heluhelu-wale polokalamu polokalamu(PROM) anā mea hoʻonaʻauao polokalamu(PLDs).Ua loaʻa i nā PROM a me nā PLD ke koho e hoʻolālā ʻia i nā pūʻulu i loko o kahi hale hana a i ʻole ma ke kula (field-programmable).^[3]

Alteraua hoʻokumu ʻia i ka makahiki 1983 a ua hāʻawi i ka ʻoihana loea reprogrammable logic mua loa i ka makahiki 1984 - ka EP300 - i hōʻike ʻia i kahi puka aniani quartz i loko o ka pūʻolo e hiki ai i nā mea hoʻohana ke hoʻomālamalama i ke kukui ultra-violet ma ka make e holoi i ka.EPROMnā pūnaewele i mālama i ka hoʻonohonoho ʻana o ka mea hana.^[4]

Xilinxi hoʻopuka i ka mea kūʻai mua i hiki ke hoʻolālā ʻiahoʻonohonoho ʻīpukai ka makahiki 1985^[3]- ka XC2064.^[5]Loaʻa i ka XC2064 nā ʻīpuka programmable a me ka programmable interconnects ma waena o nā ʻīpuka, ka hoʻomaka ʻana o kahi ʻenehana hou a me ka mākeke.^[6]Loaʻa i ka XC2064 he 64 mau poloka logic configurable (CLBs), me ʻelua mau hoʻokomo ʻekolu.nā papa ʻimi(LUTs).^[7]

I ka makahiki 1987, kaKikowaena Kaua Naval SurfaceUa kākoʻo kālā ʻo ia i kahi hoʻokolohua i manaʻo ʻia e Steve Casselman e hoʻomohala i kahi kamepiula e hoʻokō ai i 600,000 mau puka reprogrammable.Ua lanakila ʻo Casselman a ua hoʻopuka ʻia kahi patent e pili ana i ka ʻōnaehana ma 1992.^[3]

Ua hoʻomau ʻia ʻo Altera a me Xilinx me ka hoʻokūkū ʻole a ulu koke mai 1985 a i ka waena waena o 1990 i ka wā i ulu ai nā mea hoʻokūkū, e hoʻopau ana i kahi hapa nui o kā lākou mākeke.I ka makahiki 1993, Actel (i kēia manawaMicrosemi) e lawelawe ana ma kahi o 18 pakeneka o ka mākeke.^[6]

ʻO nā makahiki 1990 kahi manawa o ka ulu wikiwiki ʻana no nā FPGA, ma ka maʻalahi kaapuni a me ka nui o ka hana.I nā makahiki 1990 mua, ua hoʻohana mua ʻia nā FPGA ikeleponaaʻupena.I ka pau ʻana o nā makahiki he ʻumi, ua loaʻa nā FPGA i ko lākou ala i nā mea kūʻai aku, kaʻa, a me nā noi ʻoihana.^[8]

Ma 2013, Altera (31 pākēneka), Actel (10 pākēneka) a me Xilinx (36 pākēneka) i hui pū ʻia ma kahi o 77 pākēneka o ka mākeke FPGA.^[9]

Ua hoʻomaka nā hui e like me Microsoft e hoʻohana i nā FPGA e hoʻolalelale i ka hana kiʻekiʻe, nā ʻōnaehana koʻikoʻi (e like me kanā kikowaena ʻikepilie hana ana i kā lākoumīkini huli Bing), ma muli o kahana ma ka watthāʻawi maikaʻi nā FPGA.^[10]Ua hoʻomaka ʻo Microsoft e hoʻohana i nā FPGA ihoʻokēBing i ka makahiki 2014, a i ka makahiki 2018 i hoʻomaka ai e kau i nā FPGA ma waena o nā haʻahaʻa hana kikowaena data no kā lākouAzure ʻōpua kapuaanuu.^[11]

Hōʻike kēia mau laina manawa i ka holomua ma nā ʻano like ʻole o ka hoʻolālā FPGA:

ʻīpuka

• 1987: 9,000 puka, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, ʻOihana Kaua Naval Surface^[3]
• Ma mua o 2000s: miliona^[8]
• 2013: 50 miliona, Xilinx^[12]

Nui makeke

• 1985: FPGA kalepa mua: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 miliona^[6]
• c.1993: >$385 miliona^{[6][hāʻule ka hōʻoia]}
• 2005: $1.9 biliona^[13]
• Manaʻo 2010: $2.75 biliona^[13]
• 2013: $5.4 biliona^[14]
• Manaʻo 2020: $9.8 biliona^[14]

Hoʻomaka ka hoʻolālā

Ahoʻomaka hoʻolālāhe hoʻolālā maʻamau hou no ka hoʻokō ʻana ma kahi FPGA.

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

Hoʻolālā[hoʻoponopono]

He nui nā kumuwaiwai o nā FPGA o kēia wāʻīpuka manaʻoa me nā poloka RAM e hoʻokō i nā helu kikohoʻe paʻakikī.Ke hoʻohana nei nā hoʻolālā FPGA i nā helu I/O wikiwiki loa a me ka ʻikepili bidirectionalnā kaʻa kaʻa, lilo ia i mea paʻakikī e hōʻoia i ka manawa kūpono o ka ʻikepili kūpono i loko o ka manawa hoʻonohonoho a me ka manawa paʻa.

Hoʻolālā papahelehiki ke hoʻokaʻawale i nā kumuwaiwai i loko o nā FPGA e hoʻokō i kēia mau palena manawa.Hiki ke hoʻohana ʻia nā FPGA no ka hoʻokō ʻana i kekahi hana logical e aASIChiki ke hana.Ka hiki ke hoʻonui i ka hana ma hope o ka hoʻouna ʻana,ʻāpana hoʻonohonoho houo kekahi mahele o ka manao^[17]a me nā kumu kūʻai ʻenekinia haʻahaʻa mau ʻole e pili ana i kahi hoʻolālā ASIC (me ka ʻoi aku ka nui o ke kumu kūʻai o ka ʻāpana), hāʻawi i nā pono no nā noi he nui.^[1]

Loaʻa i kekahi mau FPGA nā hiʻohiʻona analog me nā hana kikohoʻe.ʻO ka hiʻohiʻona analog maʻamau he programmablehelu pepehima kēlā me kēia pine puka, e ʻae i ka ʻenekinia e hoʻonoho i nā uku haʻahaʻa ma nā pine māmā i hoʻouka ʻiaapoa i ʻolekaluaʻAʻole ʻae ʻia, a e hoʻonoho i nā kumukūʻai kiʻekiʻe ma nā pine i hoʻouka nui ʻia ma nā ala wikiwiki e holo mālie loa.^[18][19]ʻO ka quartz-nā oscillator kristal, on-chip resistance-capacitance oscillators, anā puka lou i hoʻopaʻa ʻiame ka hookomoianā oscillator i hoʻokele ʻia e ka uilahoʻohana ʻia no ka hana ʻana i ka uaki a me ka hoʻokele a me ka serializer-deserializer kiʻekiʻe (SERDES) e hoʻouna i nā uaki a me ka hoʻihoʻi ʻana i ka uaki.ʻO ka mea maʻamau ka ʻokoʻanā mea hoʻohālikelikema nā pine komo i hoʻolālā ʻia e hoʻopili ʻiahōʻailona ʻokoʻanā kahawai.I kekahi "hōʻailona huikauUa hoʻohui pū ʻia nā FPGAs i ka peripheralnā mea hoʻololi analog-to-digital(ADCs) anā mea hoʻololi kikohoʻe-a-analog(DACs) me nā poloka hōʻailona hōʻailona e ʻae iā lākou e hana ma ke ʻano heʻōnaehana-ma-kahi-pili(SoC).^[20]Hoʻopili ia mau mea hana i ka laina ma waena o kahi FPGA, e lawe ana i nā kikohoʻe a me nā zeros ma kāna lole interconnect programmable i loko, akahua-programmable analog array(FPAA), ka mea e lawe ana i nā koina analog ma kāna lole interconnect programmable.

Nā poloka logic[hoʻoponopono]

ʻatikala nui:Palaka noʻonoʻo

Hōʻike hoʻohālike maʻalahi o kahi pūnaewele loiloi (LUT –Papa ʻimi, FA –Pākuʻi piha, DFF –D-type flip-flop)

ʻO ka hoʻolālā FPGA maʻamau i loaʻa i kahi ʻano opoloka logic(kapa ʻia nā poloka logic configurable, CLBs, a i ʻole logic array blocks, LABs, ma muli o ka mea kūʻai aku),Nā pā I/O, a me nā ala ala ala.^[1]ʻO ka maʻamau, ua like ka laulā o nā ala ala ala āpau (ka helu o nā uea).Hiki ke hoʻokomo ʻia nā pā I/O lehulehu i ke kiʻekiʻe o ka lālani hoʻokahi a i ʻole ka laula o hoʻokahi kolamu i loko o ka papa kuhikuhi.

“Pono e palapala ʻia kahi kaapuni noi i kahi FPGA me nā kumuwaiwai kūpono.ʻOiai ʻo ka helu o nā CLBs/LABs a me I/Os i koi ʻia e hoʻoholo maʻalahi ʻia mai ka hoʻolālā ʻana, ʻokoʻa paha ka nui o nā ala alahele e pono ai ma waena o nā hoʻolālā me ka nui o ka loina.(No ka laʻana, akuapo keakoi ʻoi aku ka nui o ke alahele ma mua o apūʻulu systolicme ka helu ipuka hookahi.Ma muli o ka hoʻohana ʻole ʻia ʻana o nā ala ala e hoʻonui i ke kumukūʻai (a hoʻemi i ka hana) o ka ʻāpana me ka ʻole o ka hāʻawi ʻana i kekahi pōmaikaʻi, hoʻāʻo nā mea hana FPGA e hāʻawi i nā ala kūpono i hiki i ka hapa nui o nā hoʻolālā e kūpono i ke ʻano onā papa ʻimi(LUT) a me I/Os hiki kealahele.Hoʻoholo ʻia kēia e nā koho e like me nā mea i loaʻa maiKa rula hoolimalimaa i ʻole ma nā hoʻokolohua me nā hoʻolālā e kū nei.^[21]Mai ka makahiki 2018,pūnaewele-ma-pilike kūkulu ʻia nei nā hale hana no ke alahele a me ka pilina.^{[pono ʻia ka ʻōlelo]}

Ma keʻano laulā, aia kahi poloka logic i kekahi mau cell logical (i kapa ʻia ʻo ALM, LE, slice etc.).ʻO kahi pūnaewele maʻamau he 4-input LUT, amea hoʻohui piha(FA) a me aD-type flip-flop.Hiki ke hoʻokaʻawale ʻia kēia i ʻelua LUT 3-input.Inʻano maʻamauua hui ʻia kēlā mau mea i loko o kahi LUT 4-input ma o ka muamultiplexer(mux).Inhelu heluʻO ke ʻano, hāʻawi ʻia kā lākou huahana i ka mea hoʻohui.Hoʻonohonoho ʻia ke koho o ke ʻano i ka mux lua.Hiki ke hoʻopuka ʻiahuikaua i ʻoleasynchronous, ma muli o ka papahana o ke kolu o ka mux.I ka hoʻomaʻamaʻa ʻana, holoʻokoʻa a ʻāpana paha o ka mea hoʻohuimālama ʻia e like me nā hanai loko o nā LUT i mea e mālama aiākea.^[22][23][24]

ʻO nā poloka paʻa[hoʻoponopono]

Hoʻonui nā ʻohana FPGA o kēia manawa ma luna o nā mana i luna e hoʻokomo i nā hana kiʻekiʻe kiʻekiʻe i hoʻopaʻa ʻia i ke silika.ʻO ka loaʻa ʻana o kēia mau hana maʻamau i hoʻokomo ʻia i loko o ke kaapuni e hōʻemi ana i ka wahi i koi ʻia a hāʻawi i kēlā mau hana i hoʻonui i ka wikiwiki i hoʻohālikelike ʻia i ke kūkulu ʻana iā lākou mai nā primitives logical.ʻO nā laʻana o kēia mau meamea hoonui, maʻamauNā poloka DSP,nā mea hana i hoʻokomo ʻia, kiʻekiʻe wikiwiki I/O logic a hoʻokomohoʻomanaʻo.

Hiki i nā FPGA kiʻekiʻe ke loaʻa ka wikiwiki kiʻekiʻenā transceivers multi-gigabitapaʻakikī IP corese like menā kumu hana,Ethernet nā ʻāpana hoʻomalu ʻokoʻa,PCI/PCI Expressnā mea hoʻoponopono, a me nā mea hoʻomanaʻo hoʻomanaʻo waho.Aia kēia mau cores ma ka ʻaoʻao o ka lole programmable, akā ua kūkulu ʻia lākounā transistorsma kahi o LUT no laila loaʻa iā lākou ka pae ASIChoʻokōahoʻohana maname ka ʻai ʻole ʻana i ka nui o nā kumu waiwai lole, waiho ʻia ka nui o ka lole no ka loiloi kikoʻī noiʻi.Loaʻa i nā transceivers multi-gigabit ka hoʻokomo analog kiʻekiʻe a me ka circuitry output me nā serializers kiʻekiʻe a me nā deserializers, nā ʻāpana hiki ʻole ke kūkulu ʻia mai nā LUT.ʻO ka pae kino kiʻekiʻe (PHY) hana e like melaina codinghiki ke hoʻokō ʻia a ʻaʻole paha me ka serializers a me ka deserializers i ka loiloi paʻakikī, e pili ana i ka FPGA.