Co to jest FPGA i do czego służy?

Układy FPGA zapewniają korzyści różnym typom sprzętu elektronicznego. Od nawigacji lotniczej po ultradźwięki medyczne i wyszukiwarki danych, ludzie polegają na układach FPGA przy opracowywaniu i wykorzystywaniu technologii, z których korzystają na co dzień.

Ten artykuł zawiera informacje o tym, czym jest FPGA i do czego służy. Jeśli interesują Cię te tematy, z przyjemnością przeczytasz ten artykuł.

Co to jest FPGA?

FPGA to skrót od Programowalna macierz bramek. To jest urządzenie półprzewodnikowe w oparciu o macierz konfigurowalnych bloków logicznych (CLB), przy czym znaczna większość funkcji elektrycznych wewnątrz urządzenia może zostać zmieniona przez inżyniera projektanta.

Związane z: Dowiedz się, jak programować płytki Arduino już dziś za pomocą tych poleceń

FPGA jest definiowana przez szereg połączonych ze sobą cyfrowych podukładów, które realizują wspólne funkcje, oferując jednocześnie wysoki poziom elastyczności. FPGA należą do klasy urządzeń określanych jako programowalna logika (lub programowalny sprzęt). FPGA sam niczego nie robi; jest raczej skonfigurowany jako dowolny wymagany obwód cyfrowy. Jak to działa?

Jak działa FPGA?

Zrozumienie, jak działa FPGA, jest proste. Polega na załadowaniu konfiguracji do FPGA, która następnie zaczyna zachowywać się jak każdy wymagany obwód. Bez zamieszania, bez stresu. Jego Konfiguracja oparta na pamięci RAM oznacza to, że można go rekonfigurować nieograniczoną ilość razy.

Rodzaje układów FPGA

Istnieją dwa główne sposoby klasyfikacji FPGA: według ich wewnętrznego rozmieszczenia bloków lub według ich rodzaju technologii programowania. Układy FPGA dzielą się na jedną z trzech kategorii, jeśli chodzi o ich rozmieszczenie:

1. Tablice symetryczne: Ten układ składa się z wierszy i kolumn połączonych bloków logicznych, otoczonych blokami wejścia/wyjścia.
2. Architektura oparta na wierszach: Ten układ zmienia rzędy bloków logicznych i programowalnych zasobów połączeń, z blokami wejścia/wyjścia wzdłuż krawędzi.
3. Hierarchiczne PLD (programowalne urządzenia logiczne): mają bardziej złożony układ. Najwyższy poziom składa się z bloków logicznych i interkonektów. Bloki logiczne zawierają moduły logiczne, które posiadają kombinatoryczne i sekwencyjne elementy funkcjonalne.

Typowe zastosowania FGPA

Istnieje mnóstwo zastosowań FPGA, które obejmują szeroki zakres obszarów. Przykłady użycia obejmują:

1. Przetwarzanie wideo i obrazowania.
2. Zastosowania wojskowe.
3. Radio definiowane programowo.
4. Obrazowanie medyczne.
5. Komunikacja przewodowa i bezprzewodowa.
6. Integracja wielu prostych programowalnych urządzeń logicznych.
7. Rozpoznawanie głosu.
8. Kryptografia.
9. Przetwarzanie sygnału cyfrowego.
10. Prototypowanie ASIC.
11. Kontrolery urządzeń.
12. Systemy emulacji sprzętu komputerowego.
13. Bioinformatyka.
14. Obliczenia o wysokiej wydajności.
15. Przestrzeń kosmiczna i obrona.
16. Prototypowanie ASIC.
17. Automobilowy.
18. Emisja elektroniki użytkowej.
19. Centrum danych medycznych.
20. Przyrządy naukowe i przemysłowe.

Korzyści z używania FPGA

FPGA oferuje wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnymi implementacjami.

Różnice między FPGA a ASIC

Układy scalone ASIC (Application Specific Integrated Circuit) i układy FPGA mają różne propozycje wartości. To, co odróżnia FPGA od ASIC, to fakt, że FPGA można przeprogramować do żądanej aplikacji lub wymagania dotyczące funkcjonalności po wyprodukowaniu, podczas gdy ASIC jest produkowany na zamówienie dla konkretnego projektu zadania. Te zmiany przeprogramowania mogą wystąpić podczas procesu montażu PCB (płytki drukowanej) lub nawet po wysłaniu sprzętu do klientów.

Chociaż istnieją jednorazowo programowalne (OTP) FPGA, dominujące i najpopularniejsze typy są oparte na pamięci RAM, co sprawia, że ​​można je przeprogramować w miarę rozwoju projektu.

Co więcej, FPGA są sprzedawane z półki, w przeciwieństwie do ASIC, które wymagają cykli produkcyjnych trwających kilka miesięcy.

Wydajność i wszechstronność FPGA

FPGA oferuje najwyższy poziom wydajności i wszechstronności, co czyni je technologią wybieraną dla osób i organizacji, które chcą zoptymalizować układy lub wprowadzić zmiany w układach do swoich obciążeń.

Świetny przykład rosnącego znaczenia układów FPGA można znaleźć w dziedzinie sztucznej inteligencji. W miarę jak sztuczna inteligencja zyskuje na znaczeniu, rośnie też znaczenie FPGA. W szczególnych przypadkach, Układy FGPA przewyższają procesory graficzne (Graphical Processing Units) w analizie ogromnych ilości danych na potrzeby uczenia maszynowego.

Calvin Ebun-Amu (40 opublikowanych artykułów)

Calvin jest pisarzem w MakeUseOf. Kiedy nie ogląda Ricka i Morty'ego ani swoich ulubionych drużyn sportowych, Calvin pisze o start-upach, blockchainie, cyberbezpieczeństwie i innych dziedzinach technologii.

Więcej od Calvina Ebun-Amu