직접 회로 IC 칩 전자 부품 XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

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현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이

ㅏ현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 이다집적 회로제조 후 고객이나 디자이너가 구성하도록 설계되었습니다. 따라서 용어는현장 프로그래밍 가능.FPGA 구성은 일반적으로 다음을 사용하여 지정됩니다.하드웨어 설명 언어(HDL)에 사용되는 것과 유사합니다.애플리케이션별 집적 회로(ASIC).회로도이전에는 구성을 지정하는 데 사용되었지만 다음의 출현으로 인해 점점 더 드물어지고 있습니다.전자 설계 자동화도구.

FPGA에는 다음의 배열이 포함되어 있습니다.프로그래밍 가능 논리 블록및 블록을 서로 연결할 수 있는 재구성 가능한 상호 연결의 계층 구조입니다.복잡한 작업을 수행하도록 논리 블록을 구성할 수 있습니다.조합 기능, 또는 간단한 것처럼 행동논리 게이트좋다그리고그리고XOR.대부분의 FPGA에서 로직 블록에는 다음이 포함됩니다.메모리 요소, 이는 간단할 수 있습니다.슬리퍼또는 더 완전한 메모리 블록.^[1]많은 FPGA를 다시 프로그래밍하여 다양한 기능을 구현할 수 있습니다.논리 함수, 유연성을 허용재구성 가능한 컴퓨팅에서 수행된 대로컴퓨터 소프트웨어.

FPGA는 다음과 같은 분야에서 놀라운 역할을 합니다.임베디드 시스템하드웨어와 동시에 시스템 소프트웨어 개발을 시작하고, 개발 초기 단계에서 시스템 성능 시뮬레이션을 가능하게 하며, 시스템 아키텍처를 마무리하기 전에 다양한 시스템 시험 및 설계 반복을 허용하는 기능으로 인해 개발이 가능해졌습니다.^[2]

역사[편집하다]

FPGA 산업은 다음에서 시작되었습니다.프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리(프롬) 및프로그래밍 가능 논리 장치(PLD).PROM과 PLD 모두 공장이나 현장에서 일괄 프로그래밍할 수 있는 옵션이 있었습니다(현장 프로그래밍 가능).^[삼]

알테라1983년에 설립되어 1984년에 업계 최초의 재프로그래밍 가능 논리 장치인 EP300을 출시했습니다. EP300은 사용자가 다이에 자외선 램프를 비추어 문자를 지울 수 있는 석영 창을 패키지에 포함했습니다.EPROM장치 구성을 보유한 셀입니다.^[4]

자일링스최초로 상업적으로 실행 가능한 현장 프로그래밍 가능 제품을 생산했습니다.게이트 배열1985년^[삼]– XC2064.^[5]XC2064에는 프로그래밍 가능한 게이트와 게이트 간 프로그래밍 가능한 상호 연결이 있어 새로운 기술과 시장의 시작이었습니다.^[6]XC2064에는 64개의 구성 가능한 논리 블록(CLB)이 있으며 2개의 3입력을 포함합니다.조회 테이블(LUT).^[7]

1987년에는해군수상전센터600,000개의 재프로그래밍 가능한 게이트를 구현하는 컴퓨터를 개발하기 위해 Steve Casselman이 제안한 실험에 자금을 지원했습니다.Casselman은 성공했고 시스템 관련 특허는 1992년에 발행되었습니다.^[삼]

Altera와 Xilinx는 경쟁자들이 생겨나면서 1985년부터 1990년대 중반까지 도전받지 않고 빠르게 성장하여 시장 점유율의 상당 부분을 잠식했습니다.1993년 액텔(현마이크로세미)는 시장의 약 18%를 차지하고 있었습니다.^[6]

1990년대는 회로 정교함과 생산량 모두에서 FPGA가 급속히 성장한 시기였습니다.1990년대 초반에는 FPGA가 주로 사용되었습니다.통신그리고네트워킹.10년이 지나면서 FPGA는 소비자 가전, 자동차 및 산업 응용 분야에 진출했습니다.^[8]

2013년까지 Altera(31%), Actel(10%) 및 Xilinx(36%)는 FPGA 시장의 약 77%를 차지했습니다.^[9]

Microsoft와 같은 회사에서는 FPGA를 사용하여 고성능, 계산 집약적인 시스템(예:데이터 센터그들의 운영빙 검색 엔진), 인해와트당 성능FPGA가 제공하는 이점^[10]Microsoft는 FPGA를 사용하기 시작했습니다.가속하다Bing은 2014년과 2018년에 다른 데이터 센터 워크로드에 FPGA를 배포하기 시작했습니다.하늘빛 클라우드 컴퓨팅플랫폼.^[11]

다음 타임라인은 FPGA 설계의 다양한 측면에서 진행 상황을 나타냅니다.

게이츠

• 1987: 9,000개 게이트, 자일링스^[6]
• 1992: 600,000, 해군 수상전부^[삼]
• 2000년대 초반: 수백만 명^[8]
• 2013년: 5천만 개, 자일링스^[12]

시장 규모

• 1985년: 최초의 상용 FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987년: 1,400만 달러^[6]
• 씨.1993년: 3억 8,500만 달러 이상^{[6][확인 실패]}
• 2005년: 19억 달러^[13]
• 2010년 추정치: 27억 5천만 달러^[13]
• 2013년: 54억 달러^[14]
• 2020년 추정: 98억 달러^[14]

디자인 시작

ㅏ디자인 시작FPGA에 구현하기 위한 새로운 맞춤형 디자인입니다.

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

설계[편집하다]

최신 FPGA에는 다음과 같은 대규모 리소스가 있습니다.논리 게이트복잡한 디지털 계산을 구현하는 RAM 블록.FPGA 설계는 매우 빠른 I/O 속도와 양방향 데이터를 사용하므로버스를, 설정 시간과 유지 시간 내에서 유효한 데이터의 정확한 타이밍을 확인하는 것이 어려워집니다.

평면도이러한 시간 제약을 충족하기 위해 FPGA 내에서 리소스 할당이 가능합니다.FPGA는 다음과 같은 논리 기능을 구현하는 데 사용될 수 있습니다.ASIC수행할 수 있습니다.배송 후 기능을 업데이트하는 기능,부분 재구성디자인의 일부^[17]일반적으로 단가가 높음에도 불구하고 ASIC 설계에 비해 비반복적 엔지니어링 비용이 낮다는 점은 많은 애플리케이션에 이점을 제공합니다.^[1]

일부 FPGA에는 디지털 기능 외에 아날로그 기능도 있습니다.가장 일반적인 아날로그 기능은 프로그래밍 가능입니다.슬루율각 출력 핀에서 엔지니어가 가볍게 로드된 핀에 낮은 속도를 설정할 수 있습니다.반지또는커플그리고 너무 느리게 실행될 고속 채널의 로드가 많은 핀에 더 높은 속도를 설정합니다.^[18][19]또한 일반적인 것은 석영입니다.수정 발진기, 온칩 저항 커패시턴스 발진기 및위상 고정 루프내장된전압 제어 발진기클럭 생성 및 관리는 물론 SERDES(고속 직렬 변환기-직렬 변환기) 전송 클럭 및 수신기 클럭 복구에도 사용됩니다.상당히 일반적인 것은 차등입니다.비교기연결되도록 설계된 입력 핀에차동 신호채널.몇 가지 “혼합 신호FPGA'에는 주변 장치가 통합되어 있습니다.아날로그-디지털 변환기(ADC) 및디지털-아날로그 변환기(DAC) 아날로그 신호 조절 블록을 사용하여 다음과 같이 작동할 수 있습니다.시스템 온 칩(SoC).^[20]이러한 장치는 내부 프로그래밍 가능 상호 연결 패브릭에서 디지털 1과 0을 전달하는 FPGA와현장 프로그래밍 가능 아날로그 어레이(FPAA)는 내부 프로그래밍 가능 상호 연결 패브릭에 아날로그 값을 전달합니다.