FPGA jsou v podstatě programovatelné čipy s aplikacemi napříč všemi typy specializovaných počítačů.
FPGA poskytují výhody různým typům elektronických zařízení. Od navigace letadel po lékařské ultrazvuky a vyhledávače dat se lidé spoléhají na FPGA pro vývoj a využití technologie, kterou denně používají.
Tento článek poskytuje informace o tom, co je FPGA a k čemu se používá. Pokud vás tato témata zajímají, rád si přečtete tento článek.
Co je FPGA?
FPGA je zkratka, která znamená Polní programovatelné hradlové pole. Je to polovodičové zařízení na základě matice konfigurovatelných logických bloků (CLB), přičemž konstruktér může změnit velkou většinu elektrických funkcí uvnitř zařízení.
Příbuzný: Naučte se, jak dnes programovat desky Arduino pomocí těchto příkazů
FPGA je definována řadou vzájemně propojených digitálních dílčích obvodů, které implementují běžné funkce a zároveň nabízejí vysokou úroveň flexibility. FPGA patří do třídy zařízení označovaných jako programovatelná logika (nebo programovatelný hardware). FPGA samo o sobě nic nedělá; spíše je nakonfigurován tak, aby vyžadoval jakýkoli digitální obvod. Jak to tedy funguje?
Jak funguje FPGA?
Pochopení toho, jak FPGA funguje, je jednoduché. Zahrnuje načtení konfigurace do FPGA, která se poté začne chovat jako jakýkoli obvod, který požadujete. Žádný rozruch, žádný stres. Své Konfigurace založená na RAM znamená, že jej lze překonfigurovat neomezeně často.
Typy FPGA
Existují dva hlavní způsoby klasifikace FPGA: jejich vnitřním uspořádáním bloků nebo typem programovací technologie. FPGA spadají do jedné ze tří kategorií, pokud jde o jejich uspořádání:
- Symetrická pole: Toto uspořádání se skládá z řádků a sloupců spojených logických bloků, obklopených vstupními / výstupními bloky.
- Řádková architektura: Toto uspořádání střídá řady logických bloků a programovatelných propojovacích prostředků se vstupními / výstupními bloky podél okrajů.
- Hierarchické PLD (programovatelná logická zařízení): Mají složitější uspořádání. Nejvyšší úroveň je tvořena logickými bloky a propojením. Logické bloky obsahují logické moduly, které mají kombinatorické a sekvenční funkční prvky.
Běžná použití FGPA
Existuje nespočet použití pro FPGA, které pokrývají širokou škálu oblastí. Mezi případy použití patří:
- Zpracování videa a obrázků.
- Vojenské aplikace.
- Softwarově definované rádio.
- Lékařské zobrazování.
- Drátová a bezdrátová komunikace.
- Integrace několika jednoduchých programovatelných logických zařízení.
- Hlasové rozpoznávání.
- Kryptografie.
- Zpracování digitálních signálů.
- Prototypování ASIC.
- Řadiče zařízení.
- Emulační systémy počítačového hardwaru.
- Bioinformatika.
- Vysoce výkonná výpočetní technika.
- Letectví a obrana.
- Prototypování ASIC.
- Automobilový průmysl.
- Vysílání spotřební elektroniky.
- Datové centrum lékařské.
- Vědecké a průmyslové nástroje.
Výhody používání FPGA
FPGA nabízí oproti konvenčním implementacím mnoho výhod.
| Výhody | Detaily |
|---|---|
| Integrace | Čím více funkcí v dnešních FPGA (které zahrnují procesory on-die, I / O transceiveru s rychlostí 28 Gb / s nebo více, bloky RAM, motory DSP), tím méně zařízení na desce s obvody. To zvyšuje spolehlivost snížením počtu poruch zařízení. |
| Flexibilita | Funkčnost FPGA se může změnit při každém zapnutí zařízení. To znamená, že pokud chce konstruktér provést změnu, může si jednoduše stáhnout nový konfigurační soubor do zařízení a vyzkoušet změnu. |
| Akcelerace | FPGA se na trh dostávají rychleji, protože se prodávají „z police“. Díky flexibilitě FPGA mohou výrobci originálního vybavení dodávat systémy, jakmile se ukáže, že design funguje a je testován. |
| Dlouhodobá dostupnost | Použití FPGA vám dává nezávislost na výrobcích komponent, protože funkce není v samotném modulu, ale v jeho konfiguraci. Toto programování lze provést způsobem, který nevyžaduje žádné úpravy na různých FPGA |
Rozdíly mezi FPGA a ASIC
ASIC (Application Specific Integrated Circuits) a FPGA mají různé hodnotové návrhy. Co odlišuje FPGA od ASIC je skutečnost, že FPGA lze přeprogramovat na požadovanou aplikaci nebo funkční požadavky po výrobě, zatímco ASIC se vyrábí na zakázku pro konkrétní design úkoly. K těmto změnám v přeprogramování může dojít během procesu montáže desky plošných spojů (PCB) nebo dokonce po odeslání zařízení zákazníkům.
Ačkoli jednorázově programovatelná (OTP) FPGA existují, dominantní a nejběžnější typy jsou založeny na paměti RAM, což je díky pokračujícímu vývoji designu přeprogramuje.
Kromě toho se FPGA běžně prodávají, na rozdíl od ASIC, které vyžadují výrobní cykly, které nakonec trvají několik měsíců.
Výkon a všestrannost FPGA
FPGA nabízí vynikající úroveň výkonu a všestrannosti, což z nich dělá technologii go-to pro lidi a organizace, které chtějí optimalizovat čipy nebo provádět změny čipů pro svou pracovní zátěž.
Skvělý příklad rostoucího významu FPGA lze nalézt v oblasti umělé inteligence. Vzhledem k tomu, že umělá inteligence stále získává na důležitosti, roste i význam FPGA. V určitých případech FGPA překonávají GPU (jednotky grafického zpracování) při analýze obrovského množství dat pro strojové učení.
K těžbě bitcoinů potřebujete specializovaný hardware. Zadejte ASIC.
Přečtěte si další
- Vysvětlení technologie
- Hardware
Calvin je spisovatel na MakeUseOf. Když Calvin nesleduje Ricka a Mortyho ani jeho oblíbené sportovní týmy, píše o startupech, blockchainu, kybernetické bezpečnosti a dalších oblastech technologií.
Přihlaste se k odběru našeho zpravodaje
Připojte se k našemu zpravodaji s technickými tipy, recenzemi, bezplatnými elektronickými knihami a exkluzivními nabídkami!
Kliknutím sem se přihlásíte k odběru