FPGA'er er i det væsentlige programmerbare chips med applikationer på tværs af alle typer specialiseret computing.
FPGA'er giver fordele for forskellige typer elektronisk udstyr. Fra flynavigation til medicinske ultralyd og datasøgemaskiner er folk afhængige af FPGA'er til udvikling og brug af teknologi, de bruger dagligt.
Denne artikel indeholder oplysninger om, hvad FPGA er, og hvad det bruges til. Hvis du er interesseret i disse emner, vil du nyde at læse denne artikel.
Hvad er FPGA?
FPGA er et akronym, der står for Feltprogrammerbar portarray. Det er en halvlederindretning baseret på en matrix af konfigurerbare logiske blokke (CLB'er), hvorved et stort flertal af den elektriske funktionalitet inde i enheden kan ændres af designingeniøren.
Relaterede: Lær hvordan du programmerer Arduino-tavler i dag med disse kommandoer
FPGA er defineret af dens vifte af sammenkoblede digitale underkredse, der implementerer fælles funktioner, samtidig med at de tilbyder høje niveauer af fleksibilitet. FPGA'er tilhører en klasse enheder kaldet programmerbar logik (eller programmerbar hardware). FPGA gør ikke noget i sig selv; snarere er det konfigureret til at være ethvert digitalt kredsløb, der kræves. Så hvordan fungerer det?
Hvordan fungerer en FPGA?
At forstå, hvordan en FPGA fungerer, er ligetil. Det indebærer at indlæse en konfiguration i FPGA, som derefter begynder at opføre sig som ethvert kredsløb, du har brug for. Intet besvær, intet stress. Dens RAM-baseret konfiguration betyder, at det kan omkonfigureres ubegrænset antal gange.
Typer af FPGA
Der er to hovedmetoder til at klassificere FPGA'er: ved deres interne arrangement af blokke eller efter deres type programmeringsteknologi. FPGA'er falder i en af tre kategorier, når det kommer til deres arrangement:
- Symmetriske arrays: Dette arrangement består af rækker og søjler af tilsluttede logiske blokke, omgivet af input / output blokke.
- Rækkebaseret arkitektur: Dette arrangement veksler rækker af logiske blokke og programmerbare sammenkoblingsressourcer med input / output-blokke langs kanterne.
- Hierarkiske PLD'er (programmerbare logiske enheder): Disse har et mere komplekst layout. Det øverste niveau består af logiske blokke og sammenkoblinger. Logikblokkene indeholder logiske moduler, som har kombinatoriske og sekventielle funktionelle elementer.
Almindelig anvendelse af FGPA
Der er et utal af anvendelser til FPGA, der dækker en lang række områder. Brugssagerne inkluderer:
- Behandling af video og billedbehandling.
- Militære applikationer.
- Software-defineret radio.
- Medicinsk billeddannelse.
- Kablet og trådløs kommunikation.
- Integration af flere enkle programmerbare logiske enheder.
- Stemmegenkendelse.
- Kryptografi.
- Digital signalbehandling.
- ASIC prototyping.
- Enhedscontrollere.
- Emuleringssystemer til computerhardware.
- Bioinformatik.
- Højtydende computing.
- Rumfart og forsvar.
- ASIC prototyping.
- Automotive.
- Forbrugerelektronik udsendes.
- Datacenter medicinsk.
- Videnskabelige og industrielle instrumenter.
Fordele ved at bruge FPGA
FPGA tilbyder mange fordele i forhold til konventionelle implementeringer.
| Fordele | detaljer |
|---|---|
| Integration | Jo flere funktioner inden for FPGA'erne i dag (som inkluderer on-die-processorer, transceiver I / Os ved 28 Gbps eller mere, RAM-blokke, DSP-motorer) jo færre enheder på printkortet. Dette øger pålideligheden ved at reducere antallet af enhedsfejl. |
| Fleksibilitet | FPGA's funktionalitet kan ændres ved hver opstart af enheden. Dette betyder, at hvis en designingeniør ønsker at foretage en ændring, kan de simpelthen downloade en ny konfigurationsfil til enheden og prøve ændringen. |
| Acceleration | FPGA bringes hurtigere på markedet, fordi de sælges 'fra hylden'. På grund af FPGA-fleksibiliteten kan producenter af originalt udstyr sende systemer, så snart det viser sig, at designet fungerer og testes. |
| Langsigtet tilgængelighed | Brug af FPGA'er giver dig uafhængighed af komponentproducenter, fordi funktionaliteten ikke er i selve modulet, men inden for dets konfiguration. Denne programmering kan udføres på en måde, der ikke kræver nogen justeringer på forskellige FPGA'er |
Forskellene mellem FPGA og ASIC
ASIC (Application Specific Integrated Circuits) og FPGA'er har forskellige værdipropositioner. Hvad der adskiller FPGA'er fra ASIC er, at FPGA kan omprogrammeres til en ønsket applikation eller funktionskrav efter fremstilling, mens ASIC er specialfremstillet til specifikt design opgaver. Disse omprogrammeringsændringer kan forekomme under PCB-samlingen (Printed Circuit Board) eller endda efter at udstyret er sendt til kunderne.
Selvom der engang findes programmerbare (OTP) FPGA'er, er de dominerende og mest almindelige typer RAM-baserede, hvilket gør dem omprogrammerbare, da designet fortsætter med at udvikle sig.
Desuden sælges FPGA'er fra hylden i modsætning til ASIC'er, der kræver fremstillingscyklusser, der ender med at tage flere måneder.
Ydeevne og alsidighed af FPGA
FPGA tilbyder overlegne niveauer af ydeevne og alsidighed, hvilket gør dem til go-to-teknologien for mennesker og organisationer, der ønsker at optimere chips eller foretage ændringer i chips til deres arbejdsbyrde.
Et godt eksempel på den stigende betydning af FPGA'er kan findes inden for kunstig intelligens. Da kunstig intelligens fortsætter med at få relevans, har vigtigheden af FPGA'er også. I visse tilfælde FGPA'er overgår GPU'er (grafiske behandlingsenheder) ved at analysere enorme mængder data til maskinindlæring.
Du har brug for specialiseret hardware til minedrift af Bitcoin. Indtast ASIC.
Læs Næste
- Teknologi forklaret
- Hardware
Calvin er forfatter på MakeUseOf. Når han ikke ser på Rick og Morty eller hans foretrukne sportshold, skriver Calvin om opstart, blockchain, cybersikkerhed og andre teknologier.
Abonner på vores nyhedsbrev
Deltag i vores nyhedsbrev for tekniske tip, anmeldelser, gratis e-bøger og eksklusive tilbud!
Klik her for at abonnere
