(Nû & Orjînal) Di stokê de 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Taybetmendiyên Hilberê

 Field Array Gate Programmable

 YEKarray deriyê zeviyê-bernamebar(FPGA) yeçerxa entegreji bo ku piştî çêkirinê ji hêla xerîdar an sêwiraner ve were mîheng kirin - ji ber vê yekê ev têgehqada-bernamekirin.Veavakirina FPGA bi gelemperî bi karanîna azimanê ravekirina hardware(HDL), mîna ya ku ji bo ançerxa entegre ya sepanê-taybet(ASIC).Diagramên Circuitberê ji bo diyarkirina veavakirinê dihatin bikar anîn, lê ji ber hatina wê ev kêm zêde dibeautomation design elektronîktools.

FPGA rêzek ji hev dihewînebernamekirî blokên mantiqê, û hiyerarşiyek ji hevgirêdanên ji nû ve veavakirina rê dide ku blokan bi hev re werin girêdan.Blokên mantiqê dikarin werin mîheng kirin ku tevlihev pêk bîninfonksiyonên kombînasyona, an jî wekî hêsan tevbigerindergehên mantiqêçawaÛûXOR.Di piraniya FPGA-yan de, blokên mantiqî jî henehêmanên bîra, ku dibe ku hêsan beflip-flopsan jî blokên bêkêmasî yên bîranînê.^[1]Gelek FPGA dikarin ji nû ve werin bernamekirin ku cûda bicîh bikinfonksiyonên mantiqî, destûrê dide nermcomputing veavakirinawek ku tê kirinnivîsbariya komputerê.

FPGA di nav de rolek berbiçav heyesîstema bicîbûyîpêşkeftina ji ber kapasîteya wan a destpêkirina pêşveçûna nermalava pergalê bi hevdemî bi hardware re, simulasyonên performansa pergalê di qonaxek pir zû ya pêşkeftinê de çalak bikin, û destûr bidin ceribandinên pergalê û dubareyên sêwiranê berî ku mîmariya pergalê bi dawî bikin.^[2]

Dîrok[weşandin]

Pîşesaziya FPGA ji holê rabûbîra bernamekirî-tenê xwendinê(PROM) ûcîhazên mantiqa bernamekirî(PLDs).PROM û PLD her du jî vebijarka ku di fabrîqeyekê de an jî li zeviyê (zevî-bernamekirî) bi koman bêne bername kirin.^[3]

Alteradi sala 1983-an de hate damezrandin û di sala 1984-an de yekem cîhaza mantiqê ya ji nû ve bernamesazkirî ya pîşesaziyê pêşkêş kir - EP300 - ku di pakêtê de pencereyek quartz vedihewand ku dihêle bikarhêneran lampeyek ultra-violet li ser mirinê bibiriqînin da ku ronahiyê jêbirin.EPROMhucreyên ku veavakirina cîhazê girtibûn.^[4]

Xilinxyekem qada bazirganî ya bernamesazkirî hilberandarray dergehêdi sala 1985 de^[3]- XC2064.^[5]XC2064 xwedan deriyên bernamekirî û girêdanên bernamekirî yên di navbera deriyan de, destpêka teknolojiyek nû û bazarek bû.^[6]XC2064 xwedan 64 blokên mantiqê yên mîhengkirî (CLB) bû, bi du sê-derketin.tabloyên lêgerînê(LUTs).^[7]

Di sala 1987 de, yaNavenda Şerê Surface NavalEzmûnek ku ji hêla Steve Casselman ve hatî pêşniyar kirin fînanse kir ku ji bo pêşdebirina komputerek ku dê 600,000 deriyên ji nû ve bernamesazkirî bicîh bîne.Casselman serkeftî bû û patentek têkildarî pergalê di sala 1992 de hate derxistin.^[3]

Altera û Xilinx bêserûber berdewam kirin û zû ji 1985-an heya nîvê salên 1990-an mezin bûn dema ku hevrik mezin bûn, beşek girîng ji pişka xwe ya bazarê hilweşand.Di sala 1993 de, Actel (nihaMicrosemi) ji sedî 18ê bazarê xizmet dikir.^[6]

Salên 1990-an ji bo FPGA-yan serdemek mezinbûna bilez bû, hem di sofîstîkasyona çerxê de û hem jî di qebareya hilberînê de.Di destpêka salên 1990-an de, FPGA di serî de dihatin bikar anînagahdanyarîûtora.Di dawiya dehsalê de, FPGA riya xwe di nav sepanên xerîdar, otomotîv û pîşesaziyê de dît.^[8]

Di sala 2013-an de, Altera (ji sedî 31), Actel (ji sedî 10) û Xilinx (ji sedî 36) bi hev re ji sedî 77-ê bazara FPGA-yê temsîl dikin.^[9]

Pargîdaniyên mîna Microsoft-ê dest bi karanîna FPGA-yê kirine da ku pergalên bi performansa bilind, ji hêla hesabkirinê ve bileztir bikin (mînanavendên danûstendinêku wan kar dikinMotora lêgerînê ya Bing), ji berperformansa per wattavantaj FPGAs teslîmî.^[10]Microsoft dest bi karanîna FPGA-yê kirlezdanBing di 2014-an de, û di 2018-an de dest bi belavkirina FPGA-yan li ser barkêşên din ên navenda daneyê ji bo wan kir.Azure computing ewrrawesta axaftevan.^[11]

Demên jêrîn pêşkeftina di aliyên cihêreng ên sêwirana FPGA de destnîşan dikin:

Gates

• 1987: 9000 dergeh, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Daîreya Şerê Rûwaya Deryayî^[3]
• Destpêka salên 2000î: bi milyonan^[8]
• 2013: 50 milyon, Xilinx^[12]

Mezinahiya bazarê

• 1985: Yekem bazirganî FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 milyon dolar^[6]
• c.1993: > 385 milyon dolar^{[6][verastkirina têkçû]}
• 2005: 1,9 milyar dolar^[13]
• Texmînên 2010: 2,75 milyar dolar^[13]
• 2013: 5,4 milyar dolar^[14]
• Texmîna 2020: 9,8 mîlyar dolar^[14]

Sêwiran dest pê dike

YEKdestpêka sêwiranêji bo pêkanîna li ser FPGA sêwiranek xwerû ya nû ye.

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

Mînakkirin[weşandin]

FPGA-yên hevdem xwedî çavkaniyên mezin indergehên mantiqêû blokên RAM-ê ji bo pêkanîna hesabên dîjîtal ên tevlihev.Ji ber ku sêwiranên FPGA rêjeyên I/O yên pir bilez û daneyên dualî bikar tîninotobusan, verastkirina dema rast a daneyên derbasdar di nav dema sazkirinê û dema girtina de dibe dijwariyek.

Plankirina erdêveqetandina çavkaniyê di nav FPGA-yan de dihêle ku van astengiyên demê bicîh bîne.FPGA dikarin ji bo pêkanîna her fonksiyonek mentiqî ya ku anASICdikarin pêk bînin.Kapasîteya nûvekirina fonksiyonê piştî barkirinê,ji nû ve veavakirina qismîbeşek ji design^[17]û lêçûnên hindiktirîn ên endezyariyê yên ne-dubarekirî li gorî sêwirana ASIC (tevî lêçûna yekîneya bi gelemperî bilindtir), ji bo gelek serlêdanan feydeyan pêşkêş dikin.^[1]

Hin FPGA ji bilî fonksiyonên dîjîtal xwedî taybetmendiyên analog in.Taybetmendiya analogê ya herî gelemperî bernamekirî yerêjeya kuştinêli ser her pîneya derketinê, dihêle ku endezyar rêjeyên nizm li ser pîneyên bi sivik barkirî yên ku wekî din dê saz bikequlpancotiknayê qebûlkirin, û danîna rêjeyên bilindtir li ser pinên bi giranî barkirî li ser kanalên bilez ên ku wekî din dê pir hêdî bimeşin.^[18][19]Kûartz jî hevpar in.oscilatorên krîstal, oscillators berxwedana-kapasîteya li ser-çîpê, ûqozeyên qonax-girtîbi pêvekirîoscillators-voltaja bin kontrolaji bo hilberandin û rêvebirina demjimêrê û her weha ji bo serializator-deserializer (SERDES) demjimêrên veguheztinê û vegerandina demjimêra wergirê bi leza bilind tê bikar anîn.Bi gelemperî cûda cûda necomparatorsli ser pinên input dîzaynkirin ku bi ve girêdayî yesînyala cudakanalên.Çend "sînyala tevlihevFPGA” xwedan dorhêlek yekbûyî yeveguherînerên analog-bo-dîjîtal(ADC) ûconverters dîjîtal-to-analog(DAC) bi blokên şertkirina sînyala analogê ku destûrê dide wan ku wekî asîstema-li-çîp(SoC).^[20]Amûrên bi vî rengî xeta di navbera FPGA de, ya ku yek û sifirên dîjîtal li ser tevna pêwendiya xweya bernamekirî ya hundurîn hildigire, ûarray analog-bernamekirî zeviyê(FPAA), ku nirxên analog li ser tevna pêwendiya bernamekirî ya hundurîn hildigire.

Blokên mantiqê[weşandin]

Gotara bingehîn:Logic block

Nimûneya hêsankirî ya şaneyek mantiqî (LUT -Tabloya lêgerînê, FA -Adder Full, DFF -Flip-flop-type D)

Mîmariya FPGA ya herî gelemperî ji rêzek pêk têblokên mantiqê(ku jê re blokên mantiqê yên mîhengbar, CLB, an blokên rêzika mantiqî, LAB, li gorî firoşker tê gotin),I/O pads, û kanalên rêvekirinê.^[1]Bi gelemperî, hemî kanalên rêwîtiyê xwedî heman firehiyê (hejmara têlan) ne.Dibe ku gelek pêlên I/O di rêzê de bigihîjin bilindahiya rêzek an firehiya stûnek di rêzê de.

"Divê dorhêlek serîlêdanê bi çavkaniyên têr li FPGA-yê were nexşandin.Digel ku hejmara CLB / LAB û I / OS-ên ku hewce ne bi hêsanî ji sêwiranê têne destnîşankirin, dibe ku hejmara rêçikên rêwîtiyê yên ku hewce ne di nav sêwiranên bi heman mentiqê de jî pir cûda bibe.(Mînakî, acrossbar switchji arêza sîstolîkbi heman hejmartina dergehê.Ji ber ku rêçên rêveçûnê yên ku ne hatine bikar anîn lêçûn zêde dikin (û performansê kêm dikin) bêyî ku tu feydeyê peyda bikin, çêkerên FPGA hewl didin ku tenê rêgezên bes peyda bikin da ku piraniya sêwiranên ku dê di warêtabloyên lêgerînê(LUT) û I/O dikarin bibinrêkirin.Ev ji hêla texmînên wekî yên ku jê têne destnîşan kirinQanûna kirêan jî bi ceribandinên bi sêwiranên heyî re."^[21]Ji sala 2018,tora-li-çîpmîmarî ji bo rê û girêdanê têne pêşve xistin.^{[jêderk lazim e]}

Bi gelemperî, blokek mantiqî ji çend şaneyên mentiqî pêk tê (bi navê ALM, LE, perçe hwd.).Hucreyek tîpîk ji LUT-a 4-vekêşanê pêk tê, aadder full(FA) û aFlip-flop-type D.Dibe ku ev li du LUT-ên 3-veqetandî werin dabeş kirin.Limoda normalew di nav LUT-a 4-vekêşanê de ji hêla yekem ve têne hev kirinmultiplexer(mux).Liriyazîmodê, derketinên wan ji lêkerê re têne xwarin.Hilbijartina modê di mûxa duyemîn de bernamekirî ye.Hilber dikare her du behemdemanasynchronous, li gorî bernamesaziya mûxa sêyemîn.Di pratîkê de, tev an jî parçeyên lêzêdeker inwekî fonksiyonan têne hilanînnav LUT-an da ku xilas bikindem.^[22][23][24]

Blokên hişk[weşandin]

Malbatên nûjen ên FPGA li ser kapasîteyên jorîn berfireh dibin da ku fonksiyonên asta bilind ên ku di silicon de hatine sabît kirin.Hebûna van fonksiyonên hevpar ên di çerxê de cîhê hewce kêm dike û li gorî avakirina wan ji primitives mantiqî leza zêde dide wan fonksiyonan.Mînakên van jî henepirjimar, giştîblokên DSP,pêvajoyên pêvekirî, mentiqê I/O yê leza bilind û pêvekirîbîranînên.

FPGA-ya bilindtirîn dikare leza bilind hebetransceivers multi-gigabitûCorên IP yên hişkwekîcore processor,Ethernet yekîneyên kontrola gihîştina navîn,PCI/PCI Expresskontrolker, û kontrolkerên bîra derveyî.Ev naverok li kêleka tevna bernamekirî hene, lê ew jê hatine çêkirintransîstorli şûna LUT-ê ji ber vê yekê ew xwedî asta ASIC inbirêvebirinîûmezaxtina hêzêbêyî ku rêjeyek girîng a çavkaniyên qumaşê bixwin, bêtir ji qumaşê ji bo mantiqa taybetî-serîlêdanê azad bihêlin.Veguhezkerên pir-gigabitî di heman demê de çerxa têketin û derketinê ya analogê ya performansa bilind digel serializerên bilez û deserialîzatoran jî dihewîne, pêkhateyên ku ji LUT-an nayên çêkirin.Karbidestiya pileya laşî ya asta bilind (PHY) wekîkodkirina xetadibe ku di mentiqa hişk de, li gorî FPGA-yê, li kêleka rêzenivîsker û deserialîzatoran were bicîh kirin an nebe.