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Array di porta programmabile in campu

Aarray di porta programmabile in campu(FPGA) hè uncircuit integratucuncepitu per esse cunfiguratu da un cliente o un designer dopu a fabricazione - da quì u terminuprogrammable in u campu.A cunfigurazione FPGA hè generalmente specificata cù alingua di descrizzione di hardware(HDL), simile à quellu utilizatu per uncircuit integratu specificu per l'applicazione(ASIC).Schemi di circuitusò stati utilizati prima per specificà a cunfigurazione, ma questu hè sempre più raru per via di l'avventu diautomatizazione di u disignu elettronicuarnesi.

I FPGA cuntenenu una serie diprogrammable blocchi logici, è una ghjerarchia di interconnessioni riconfigurabili chì permettenu i blocchi per esse cablati inseme.I blocchi logici ponu esse cunfigurati per fà cumplessufunzioni cumminazzioni, o agisce cum'è simpliceporte logichecum'èÈèXOR.In a maiò parte di FPGA, i blocchi logici includenu ancuelementi di memoria, chì pò esse simpliceflip-flopso blocchi più cumpleti di memoria.^[1]Parechji FPGA ponu esse riprogrammati per implementà diversefunzioni logiche, chì permette flessibilitàl'informatica ricunfigurabilecum'è realizatu inprugrammu urdinatore.

I FPGA anu un rolu notevuli insistema integratuu sviluppu per via di a so capacità di inizià u sviluppu di u software di u sistema simultaneamente cù l'hardware, permette simulazioni di u rendiment di u sistema in una fase assai iniziale di u sviluppu, è permette diverse prove di u sistema è iterazioni di cuncepimentu prima di finalizà l'architettura di u sistema.^[2]

Storia[edità]

L'industria FPGA hè spuntata damemoria programmabile di sola lettura(PROM) èdispusitivi logica programmable(PLD).I PROM è i PLD anu avutu l'opzione di esse programati in batch in una fabbrica o in u campu (programmable in campu).^[3]

Alterahè stata fundata in u 1983 è hà furnitu u primu dispositivu logicu riprogrammable di l'industria in u 1984 - l'EP300 - chì presentava una finestra di quartz in u pacchettu chì permetteva à l'utilizatori di brillà una lampada ultravioletta nantu à a fustella per sguassà uEPROMcellule chì cuntenenu a cunfigurazione di u dispusitivu.^[4]

Xilinxpruduciutu u primu cumerciu viable campu-programmablearray di portain u 1985^[3]- u XC2064.^[5]U XC2064 hà avutu porte programmable è interconnessioni programmable trà e porte, l'iniziu di una nova tecnulugia è u mercatu.^[6]L'XC2064 avia 64 blocchi logici configurabili (CLB), cù dui trè input.tabelle di ricerca(LUT).^[7]

In u 1987, uCentru di Guerra di Superficia Navalefinanziatu un esperimentu prupostu da Steve Casselman per sviluppà un computer chì implementava 600 000 porte reprogrammable.Casselman hà successu è una patente ligata à u sistema hè stata publicata in u 1992.^[3]

Altera è Xilinx cuntinuavanu senza sfida è crescenu rapidamente da u 1985 à a mità di l'anni 1990 quandu i cuncurrenti spuntavanu, erodendu una parte significativa di a so parte di u mercatu.In u 1993, Actel (oraMicrosemi) serve circa 18 per centu di u mercatu.^[6]

L'anni 1990 eranu un periodu di crescita rapida per i FPGA, sia in a sofisticazione di u circuitu sia in u voluminu di produzzione.À l'iniziu di l'anni 1990, i FPGA sò stati utilizati principalmente intelecomunicazioniènetworking.À a fine di u decenniu, i FPGA anu truvatu u so modu in l'applicazioni di cunsumatori, automobilistici è industriali.^[8]

In 2013, Altera (31 per centu), Actel (10 per centu) è Xilinx (36 per centu) inseme rapprisentanu circa 77 per centu di u mercatu FPGA.^[9]

L'imprese cum'è Microsoft anu cuminciatu à aduprà FPGA per accelerà sistemi d'alta prestazione è intensivi di calculu (cum'è ucentri di datichì operanu i soBing search engine), per via diprestazione per wattFPGA offre un vantaghju.^[10]Microsoft hà cuminciatu à aduprà FPGA peracceleràBing in 2014, è in 2018 hà cuminciatu à implementà FPGA in altri carichi di travagliu di u centru di dati per i soAzure cloud computingpiattaforma.^[11]

I seguenti timelines indicanu u prugressu in diversi aspetti di u disignu FPGA:

Gates

• 1987: 9 000 porte, Xilinx^[6]
• 1992: 600 000, Dipartimentu di Guerra di Superficia Navale^[3]
• A principiu di l'anni 2000: milioni^[8]
• 2013: 50 milioni, Xilinx^[12]

Dimensione di u mercatu

• 1985: Primu FPGA cummerciale: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $ 14 milioni^[6]
• c.1993: > $ 385 milioni^{[6][verificazione falluta]}
• 2005: $ 1,9 miliardi^[13]
• Estimi di 2010: $ 2,75 miliardi^[13]
• 2013: $ 5,4 miliardi^[14]
• Stima 2020: $ 9,8 miliardi^[14]

U disignu principia

Aprincipiu di disignuhè un novu disignu persunalizatu per l'implementazione nantu à un FPGA.

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

Disegnu[edità]

I FPGA cuntempurani anu grandi risorse diporte logicheè blocchi RAM per implementà computazioni digitali cumplessi.Cume i disinni FPGA impieganu tassi d'I / O assai veloci è dati bidirezionaliautobus, diventa una sfida per verificà u timing currettu di dati validi in u tempu di setup è mantene u tempu.

Pianificazione di u pianupermette l'allocazione di risorse in FPGA per risponde à queste limitazioni di tempu.I FPGA ponu esse aduprati per implementà qualsiasi funzione logica chì anASICpò fà.A capacità di aghjurnà a funziunalità dopu a spedizione,riconfigurazione parzialedi una parte di u disignu^[17]è i bassi costi di ingegneria non-recurring relative à un disignu ASIC (ancu à u costu di unità generalmente più altu), offre vantaghji per parechje applicazioni.^[1]

Certi FPGA anu caratteristiche analogiche in più di funzioni digitale.A funzione analogica più cumuna hè un programmableslew ratenantu à ogni pin di output, chì permette à l'ingegnere di stabilisce tassi bassi nantu à pin ligeramente caricati chì altrimentianelluocoppiainaccettabilmente, è per stabilisce tassi più alti nantu à pins assai caricati nantu à i canali d'alta velocità chì altrimenti correranu troppu lentamente.^[18][19]Ancu cumuni sò quartz-oscillatori di cristalli, On-chip resistenza-capacitance oscillators, èloops in fase bloccatacun incrustatuoscillatori cuntrullati in tensioneutilizatu per a generazione è a gestione di l'orologio è ancu per u serializzatore-deserializzatore d'alta velocità (SERDES) trasmette orologi è ricuperazione di l'orologio di u ricevitore.Piuttostu cumuni sò differenzialicomparatorinantu à i pin d'ingressu cuncepiti per esse cunnessisignalazione differenzialecanali.Un pocu "signale mixteFPGAs" anu integratu perifericheconvertitori analogico-digitale(ADC) èconvertitori digitale-analogicu(DAC) cù blocchi di cundizzioni di signali analogichi chì li permettenu di operà cum'è asistema-on-a-chip(SoC).^[20]Tali dispusitivi sfocanu a linea trà un FPGA, chì porta i numeri digitali è zeri nantu à u so tissutu di interconnessione programabile internu, èmatrice analogica programmabile in campu(FPAA), chì porta valori analogichi nantu à u so tissutu di interconnessione programabile internu.