(नयाँ र मूल) स्टकमा 3S200A-4FTG256C IC चिप XC3S200A-4FTG256C

उत्पादन विशेषताहरू

 फिल्ड प्रोग्रामेबल गेट एरे

 एफिल्ड प्रोग्रामेबल गेट एरे(FPGA) एउटा होएकीकृत सर्किटनिर्माण पछि एक ग्राहक वा एक डिजाइनर द्वारा कन्फिगर गर्न डिजाइन - त्यसैले शब्दफिल्ड प्रोग्रामेबल।FPGA कन्फिगरेसन सामान्यतया एक प्रयोग गरेर निर्दिष्ट गरिएको छहार्डवेयर वर्णन भाषा(HDL), को लागि प्रयोग गरिएको जस्तैआवेदन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट(ASIC)।सर्किट रेखाचित्रपहिले कन्फिगरेसन निर्दिष्ट गर्न प्रयोग गरिएको थियो, तर यो को आगमन को कारण बढ्दो दुर्लभ छइलेक्ट्रोनिक डिजाइन स्वचालनउपकरणहरू।

FPGA मा एर्रे समावेश छप्रोग्रामयोग्य तर्क ब्लकहरू, र पुन: कन्फिगर गर्न मिल्ने इन्टरकनेक्टहरूको पदानुक्रमले ब्लकहरूलाई सँगै तार गर्न अनुमति दिन्छ।तर्क ब्लकहरू जटिल प्रदर्शन गर्न कन्फिगर गर्न सकिन्छसंयोजन कार्यहरू, वा सरल रूपमा कार्य गर्नुहोस्तर्क गेट्सजस्तैररXOR।धेरैजसो FPGA मा, तर्क ब्लकहरू पनि समावेश छन्मेमोरी तत्वहरू, जुन सरल हुन सक्छफ्लिप फ्लपवा मेमोरीको थप पूर्ण ब्लकहरू।^[१]धेरै FPGA हरू विभिन्न कार्यान्वयन गर्न पुन: प्रोग्राम गर्न सकिन्छतर्क कार्यहरू, लचिलो अनुमति दिँदैपुन: कन्फिगर योग्य कम्प्युटिङमा प्रदर्शन गरे अनुसारकम्प्युटर सफ्टवेयर.

FPGAs मा उल्लेखनीय भूमिका छएम्बेडेड प्रणालीहार्डवेयरको साथ एकै साथ प्रणाली सफ्टवेयर विकास सुरु गर्ने क्षमताको कारण विकास, विकासको धेरै प्रारम्भिक चरणमा प्रणाली प्रदर्शन सिमुलेशनहरू सक्षम पार्नुहोस्, र प्रणाली वास्तुकलालाई अन्तिम रूप दिनु अघि विभिन्न प्रणाली परीक्षणहरू र डिजाइन पुनरावृत्तिहरूलाई अनुमति दिनुहोस्।^[२]

इतिहास [सम्पादन गर्नुहोस्]

FPGA उद्योग बाट अंकुरित भयोप्रोग्रामेबल पढ्ने मात्र मेमोरी(PROM) रप्रोग्रामयोग्य तर्क उपकरणहरू(PLDs)।PROMs र PLDs दुबैसँग कारखानामा वा फिल्डमा (फिल्ड-प्रोग्रामेबल) ब्याचहरूमा प्रोग्राम गर्ने विकल्प थियो।^[३]

अल्टेरा1983 मा स्थापना भएको थियो र 1984 मा उद्योगको पहिलो पुन: प्रोग्रामयोग्य तर्क उपकरण डेलिभर गर्‍यो - EP300 - जसले प्याकेजमा क्वार्ट्ज विन्डो फिचर गर्‍यो जसले प्रयोगकर्ताहरूलाई मेटाउनको लागि डाइमा पराबैंगनी बत्ती चम्काउन अनुमति दियो।EPROMयन्त्र कन्फिगरेसन राखेका कक्षहरू।^[४]

Xilinxपहिलो व्यावसायिक रूपमा व्यवहार्य क्षेत्र-प्रोग्रामेबल उत्पादन गरियोगेट एरे1985 मा^[३]- XC2064।^[५]XC2064 मा प्रोग्रामेबल गेटहरू र गेटहरू बीच प्रोग्रामेबल इन्टरकनेक्टहरू थिए, नयाँ प्रविधि र बजारको सुरुवात।^[६]XC2064 सँग 64 कन्फिगरेबल लजिक ब्लकहरू (CLBs), दुई तीन-इनपुटहरू थिए।खोज तालिकाहरू(LUTs)।^[७]

1987 मा, दनौसेना सतह युद्ध केन्द्र600,000 रिप्रोग्रामेबल गेटहरू लागू गर्ने कम्प्युटर विकास गर्न स्टीव क्यासलम्यानद्वारा प्रस्तावित प्रयोगलाई वित्त पोषित गरियो।क्यासलम्यान सफल भयो र प्रणालीसँग सम्बन्धित पेटेन्ट 1992 मा जारी गरिएको थियो।^[३]

Altera र Xilinx चुनौतीविहीन जारी रहे र 1985 देखि 1990 को मध्य सम्म द्रुत रूपमा बढ्दै गए जब प्रतिस्पर्धीहरू अंकुरित भए, तिनीहरूको बजार सेयरको एक महत्त्वपूर्ण भाग घट्यो।1993 सम्म, एक्टेल (अहिलेमाइक्रोसेमी)ले बजारको करिब १८ प्रतिशत सेवा दिइरहेको थियो ।^[६]

1990s FPGAs को लागि द्रुत बृद्धिको अवधि थियो, दुबै सर्किट परिष्कार र उत्पादनको मात्रामा।प्रारम्भिक 1990s मा, FPGAs मुख्य रूपमा प्रयोग गरिन्थ्योदूरसञ्चाररनेटवर्किङ।दशकको अन्त्यमा, FPGA ले उपभोक्ता, मोटर वाहन, र औद्योगिक अनुप्रयोगहरूमा आफ्नो बाटो फेला पारे।^[८]

2013 सम्म, Altera (31 प्रतिशत), Actel (10 प्रतिशत) र Xilinx (36 प्रतिशत) मिलेर FPGA बजारको लगभग 77 प्रतिशत प्रतिनिधित्व गर्दछ।^[९]

माइक्रोसफ्ट जस्ता कम्पनीहरूले उच्च प्रदर्शन, कम्प्युटेशनली गहन प्रणालीहरू (जस्तैडाटा केन्द्रहरूजसले आफ्नो सञ्चालन गर्दछBing खोज इन्जिन), यस कारणलेप्रति वाट प्रदर्शनलाभ FPGAs डेलिभर।^[१०]माइक्रोसफ्टले FPGAs प्रयोग गर्न थाल्योगति दिनुबिंगले 2014 मा, र 2018 मा FPGA हरू अन्य डाटा सेन्टर वर्कलोडहरूमा प्रयोग गर्न थालेनीला क्लाउड कम्प्युटिङप्लेटफर्म।^[११]

निम्न टाइमलाइनहरूले FPGA डिजाइनको विभिन्न पक्षहरूमा प्रगतिलाई संकेत गर्दछ:

गेट्स

• 1987: 9,000 गेट्स, Xilinx^[६]
• 1992: 600,000, नौसेना सतह युद्ध विभाग^[३]
• प्रारम्भिक 2000: लाखौं^[८]
• 2013: 50 मिलियन, Xilinx^[१२]

बजार आकार

• 1985: पहिलो व्यावसायिक FPGA: Xilinx XC2064^[५][६]
• 1987: $ 14 मिलियन^[६]
• ग1993: > $385 मिलियन^{[६][असफल प्रमाणीकरण]}
• 2005: $1.9 बिलियन^[१३]
• 2010 अनुमान: $ 2.75 बिलियन^[१३]
• 2013: $ 5.4 बिलियन^[१४]
• 2020 अनुमान: $ 9.8 बिलियन^[१४]

डिजाइन सुरु हुन्छ

एडिजाइन सुरुFPGA मा कार्यान्वयनको लागि नयाँ अनुकूलन डिजाइन हो।

• 2005: 80,000^[१५]
• 2008: 90,000^[१६]

डिजाइन [सम्पादन गर्नुहोस्]

समकालीन FPGA सँग ठूलो स्रोतहरू छन्तर्क गेट्सर जटिल डिजिटल गणनाहरू लागू गर्न RAM ब्लकहरू।FPGA डिजाइनहरूले धेरै छिटो I/O दरहरू र द्विदिशात्मक डेटा प्रयोग गर्दछबसहरू, सेटअप समय र होल्ड टाइम भित्र मान्य डाटाको सही समय प्रमाणित गर्न यो चुनौती हो।

फ्लोर योजनायी समय अवरोधहरू पूरा गर्न FPGA हरू भित्र स्रोत आवंटन सक्षम गर्दछ।FPGA हरू कुनै पनि तार्किक कार्य लागू गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ जुन एकASICप्रदर्शन गर्न सक्छ।ढुवानी पछि कार्यक्षमता अद्यावधिक गर्ने क्षमता,आंशिक पुन: कन्फिगरेसनडिजाइन को एक भाग को^[१७]र ASIC डिजाइन (सामान्यतया उच्च इकाई लागतको बावजुद) सापेक्ष कम गैर-आवर्ती इन्जिनियरिङ लागतहरूले धेरै अनुप्रयोगहरूको लागि फाइदाहरू प्रदान गर्दछ।^[१]

केही FPGA हरूमा डिजिटल प्रकार्यहरूको अतिरिक्त एनालग सुविधाहरू छन्।सबैभन्दा सामान्य एनालग सुविधा एक प्रोग्रामेबल छघटेको दरप्रत्येक आउटपुट पिनमा, इन्जिनियरलाई हल्का लोड गरिएका पिनहरूमा कम दरहरू सेट गर्न अनुमति दिँदै जुन अन्यथा हुनेछ।घण्टीवाजोडीअस्वीकार्य रूपमा, र उच्च-गति च्यानलहरूमा भारी लोड गरिएका पिनहरूमा उच्च दरहरू सेट गर्न जुन अन्यथा धेरै ढिलो चल्नेछ।^{[१८][१९]}क्वार्ट्ज पनि सामान्य छन्-क्रिस्टल oscillators, अन-चिप प्रतिरोध-क्षमता ओसीलेटरहरू, रचरण-लक लूपहरूएम्बेडेड संगभोल्टेज-नियन्त्रित ओसिलेटरहरूघडी उत्पादन र व्यवस्थापनका साथसाथै उच्च-गति serializer-deserializer (SERDES) प्रसारण घडी र रिसीभर घडी रिकभरीको लागि प्रयोग गरिन्छ।एकदम सामान्य भिन्नता होतुलनाकर्ताहरूजडान गर्न डिजाइन गरिएको इनपुट पिनहरूमाभिन्न संकेतच्यानलहरू।थोरै "मिश्रित संकेतFPGAs" एकीकृत परिधीय छएनालग-देखि-डिजिटल कन्भर्टरहरू(ADCs) रडिजिटल-देखि-एनालॉग कन्भर्टरहरू(DACs) एनालग सिग्नल कन्डिसनिङ ब्लकहरूको साथ तिनीहरूलाई एक रूपमा सञ्चालन गर्न अनुमति दिन्छप्रणाली-मा-एक-चिप(SoC)।^[२०]त्यस्ता उपकरणहरूले FPGA बीचको रेखालाई धमिलो पार्छ, जसले यसको आन्तरिक प्रोग्रामेबल इन्टरकनेक्ट कपडामा डिजिटल र शून्यहरू बोक्छ, रफिल्ड-प्रोग्राम योग्य एनालॉग एरे(FPAA), जसले यसको आन्तरिक प्रोग्रामेबल इन्टरकनेक्ट कपडामा एनालग मानहरू बोक्छ।

तर्क ब्लकहरूसम्पादन गर्नुहोस्]

मुख्य लेख:तर्क ब्लक

तर्क कक्षको सरलीकृत उदाहरण चित्रण (LUT -खोज तालिका, एफए -पूर्ण योजक, DFF -D-प्रकार फ्लिप-फ्लप)

सबैभन्दा सामान्य FPGA वास्तुकला को एक एरे समावेश गर्दछतर्क ब्लकहरू(कन्फिगर योग्य तर्क ब्लकहरू, CLBs, वा तर्क एरे ब्लकहरू, LABs, विक्रेताको आधारमा)I/O प्याडहरू, र रूटिङ च्यानलहरू।^[१]सामान्यतया, सबै रूटिङ च्यानलहरूको चौडाइ समान हुन्छ (तारहरूको संख्या)।धेरै I/O प्याडहरू एरेमा एक पङ्क्तिको उचाइ वा एक स्तम्भको चौडाइमा फिट हुन सक्छन्।

"एप्लिकेशन सर्किटलाई पर्याप्त स्रोतहरूसँग FPGA मा म्याप गरिएको हुनुपर्छ।जबकि आवश्यक CLBs/LABs र I/Os को संख्या डिजाइनबाट सजिलै निर्धारण गरिन्छ, आवश्यक राउटिङ ट्र्याकहरूको संख्या तर्कको समान मात्रा भएका डिजाइनहरू बीच पनि फरक हुन सक्छ।(उदाहरणका लागि, एक्रसबार स्विचa भन्दा धेरै रुटिङ चाहिन्छसिस्टोलिक एरेएउटै गेट गणना संग।अप्रयुक्त राउटिङ ट्र्याकहरूले कुनै पनि लाभ प्रदान नगरी भागको लागत (र कार्यसम्पादन घटाउने) भएको हुनाले, FPGA निर्माताहरूले पर्याप्त ट्र्याकहरू उपलब्ध गराउने प्रयास गर्छन् ताकि धेरै जसो डिजाइनहरू उपयुक्त हुनेछन्।खोज तालिकाहरू(LUTs) र I/Os हुन सक्छरुट गरियो।यो बाट व्युत्पन्न जस्तै अनुमान द्वारा निर्धारण गरिन्छभाडाको नियमवा अवस्थित डिजाइनहरू प्रयोग गरेर।^[२१]2018 को अनुसार,नेटवर्क-अन-चिपरुटिङ र इन्टरकनेक्शनका लागि आर्किटेक्चरहरू विकसित भइरहेका छन्।^{[उद्धरण आवश्यक छ]}

सामान्यतया, तर्क ब्लकमा केही तार्किक कक्षहरू हुन्छन् (जसलाई ALM, LE, स्लाइस आदि भनिन्छ)।एक सामान्य सेलमा 4-इनपुट LUT, aपूर्ण योजक(एफए) र एD-प्रकार फ्लिप-फ्लप।यी दुई 3-इनपुट LUT मा विभाजित हुन सक्छ।मासामान्य मोडती पहिलो मार्फत 4-इनपुट LUT मा जोडिएका छन्मल्टिप्लेक्सर(mux)।माअंकगणितमोड, तिनीहरूको आउटपुटहरू adder मा खुवाइन्छ।मोडको चयन दोस्रो mux मा प्रोग्राम गरिएको छ।आउटपुट पनि हुन सक्छसिंक्रोनसवाएसिन्क्रोनस, तेस्रो mux को प्रोग्रामिङ मा निर्भर गर्दछ।अभ्यासमा, सम्पूर्ण वा योजकको अंशहरू हुन्कार्य रूपमा भण्डारणबचत गर्न LUTs माठाउँ.^{[२२][२३][२४]}

कडा ब्लकहरू [सम्पादन गर्नुहोस्]

आधुनिक FPGA परिवारहरूले सिलिकनमा निश्चित उच्च स्तरको कार्यक्षमता समावेश गर्न माथिको क्षमताहरूमा विस्तार गर्दछ।सर्किटमा इम्बेड गरिएका यी सामान्य प्रकार्यहरू हुनुले आवश्यक क्षेत्र घटाउँछ र ती कार्यहरूलाई तार्किक आदिमहरूबाट निर्माण गर्नुको तुलनामा गति बढाउँछ।यी उदाहरणहरू समावेश छन्गुणकहरू, सामान्यDSP ब्लकहरू,एम्बेडेड प्रोसेसरहरू, उच्च गति I/O तर्क र इम्बेडेडसम्झनाहरु.

उच्च-अन्त FPGA मा उच्च गति समावेश हुन सक्छबहु-गीगाबिट ट्रान्सीभरहरूरहार्ड आईपी कोरजस्तैप्रोसेसर कोर,इथरनेट मध्यम पहुँच नियन्त्रण एकाइहरू,PCI/PCI एक्सप्रेसनियन्त्रकहरू, र बाह्य मेमोरी नियन्त्रकहरू।यी कोरहरू प्रोग्रामेबल कपडाको साथमा अवस्थित छन्, तर तिनीहरू निर्मित छन्ट्रान्जिस्टरहरूLUTs को सट्टा तिनीहरूसँग ASIC-स्तर छप्रदर्शनरशक्ति खपतफेब्रिक स्रोतहरूको महत्त्वपूर्ण मात्रा उपभोग नगरी, अनुप्रयोग-विशिष्ट तर्कको लागि थप कपडाहरू निःशुल्क छोडेर।बहु-गीगाबिट ट्रान्सीभरहरूमा उच्च-गति सिरियलाइजरहरू र डिसेरियलाइजरहरू, LUTs बाट निर्माण गर्न नसकिने कम्पोनेन्टहरू सहित उच्च प्रदर्शन एनालग इनपुट र आउटपुट सर्किटरी पनि हुन्छ।उच्च-स्तरीय भौतिक तह (PHY) कार्यक्षमता जस्तैलाइन कोडिङFPGA मा निर्भर गर्दै, कडा तर्कमा क्रमबद्ध र deserializers सँग लागू हुन सक्छ वा हुन सक्दैन।