bilmen gereken her şey

Bir FPGA’nın ne olduğunu merak ediyorsanız, bu makalede, bir işlemciden bir belleğe, neredeyse her şeyi uygulamayı mümkün kılan geliştirme kartlarına entegre edilmiş bu tür yongalarla ilgili tüm anahtarları öğrenebileceksiniz. sistem, vb. Ayrıca, Intel’in Altera’yı ve AMD’nin Xilinx’i satın almasından bu yana gelecek sistemlerin kilit parçaları olacağından, bu terimin farkında olmalısınız.

ASIC, FPGA, PLC, MCU,…: farklılıklar

FPGA kartı

PLC, FPGA, ASIC… çeşitli elektronik devre türlerinin isimleridir. PLC ve FPGA arasındaki farklar, PLC’nin endüstriyel makine hatlarını ve daha ağır uygulamaları kontrol etmek için kullanılan çoklu giriş ve çıkışlara sahip dijital bir bilgisayar olması, FPGA’nın ise üretimden sonra yapılandırılabilen programlanabilir bir kalıp olmasıdır. Fabrika montaj hatlarını, fuar alanı cazibe merkezlerini vb. kontrol etmek için kullanılır. PLC, çoklu giriş ve çıkışları olan bir tasarımdır. PLC, seçilen çevre birimleriyle birlikte bir mikroişlemci ve bir bellekten oluşan akıllı bir kontrol cihazıdır.

Programlanabilir mantık denetleyicileri (PLC), endüstriyel kontrol uygulamaları için tasarlanmış ve üretilmiş bilgisayar ailesinin üyeleridir. PLC sabit bir mantık cihazıdır (fonksiyonlar yazılım değişiklikleriyle gerçekleştirilir), CPLD ise değişken bir mantık cihazıdır (fonksiyonlar dahili devre yapılarındaki değişikliklerle gerçekleştirilir). PLD, Programmable Logic Device için bir kısaltmadır ve FPGA, Field Programmable Gate Array için bir kısaltmadır ve her ikisinin işlevleri temelde aynıdır, ancak uygulamalarının arkasındaki ilkeler biraz farklıdır, bu nedenle bazen her ikisini de gözden kaçırabiliriz. Bir PLD’nin, yüksek performanslı CPU’lardan, PLD’ler kullanılarak uygulanabilen 74’lü en basit devrelere kadar herhangi bir dijital cihazın işlevlerini sağlayabildiğini söylemek abartı olmaz.

Dijital devreler geliştirmek için PLD’lerin kullanılması tasarım sürelerini önemli ölçüde kısaltabilir, baskılı devre kartlarının boyutunu azaltabilir ve sistem güvenilirliğini artırabilir. Programlanabilir mantık cihazları için tasarımcılar, düşük maliyetli yazılım araçlarını kullanarak tasarımlarını hızla tasarlayabilir, modelleyebilir ve test edebilir. Spektrumun diğer ucunda, yazılım yerine donanım kullanarak geliştirme elde etmek için programlanabilir kapı dizilerinden (FPGA’lar) yararlanan gömülü kontrol sistemleri bulunur.

ASIC, özel bir devre olarak üretilmesi dışında teoride bir FPGA gibidir. Bir FPGA, birbirine teller ile bağlanabilen devasa bir dijital bileşenler (kapılar, arama tabloları, parmak arası terlikler) okyanusu olarak düşünülebilecek bir bileşendir. Yazdığınız kod, istediğiniz işlevselliği gerçekleştirmek için kabloları kullanarak gerçek fiziksel bağlantıları yapar. Program basit bir mantık geçidi (VE VEYA veya işlev) olabilir veya birleştirildiğinde tümleşik çok çekirdekli bir CPU olarak çalışan işlevler de dahil olmak üzere bir veya daha fazla karmaşık işlev içerebilir.

ASIC’lerin mantık işlevleri, Verilog veya VHDL gibi bir donanım tanımlama dili kullanılarak FPGA’lara benzer şekilde belirtilir. Telefonun CPU’sunun mantık işlevi, dijital devreleri kalıcı olarak silikona bağlı kapılar ve parmak arası terliklerden oluştuğu için başka bir işlemciyle değiştirilemez. Aynı işlem düğümü kullanılarak oluşturulan bir ASIC, devresi belirli işlevi için optimize edildiğinden, bir FPGA’dan çok daha yüksek bir frekansta çalışabilir.

Bununla birlikte, bir ASIC üretildikten sonra değiştirilemezken, çip üretildikten sonra bir FPGA programlanabilir. Bir ASIC, bir bellekten, bir işlemciye, bir mikro denetleyiciye veya başka herhangi bir özel çipe kadar olabilir.

Bu yaklaşım, belirli bir ASIC oluşturmak zorunda kalmadan benzersiz yüksek performanslı projeleri çözmek için kullanılabilir.

Bir FPGA hakkında bilmeniz gereken her şey

Xilinx FPGA

Temel olarak, FPGA’lar, bir kullanıcının bir veya daha fazla mantıksal işlemi gerçekleştirmek için programlayabileceği donanım devreleridir. FPGA’lar (Alan Programlanabilir Kapı Dizileri) belirli donanım projelerini gerçekleştirmek için programlanabilir. Bu nedenle bu diziler, yeniden yapılandırılabilir mantık bloklarından (CLB’ler) oluşan bir tür yeniden yapılandırılabilir tümleşik devredir ve bunlar da kayıtlar ve mantık kapıları gibi diğer mantıkla birlikte arama tablolarından (LUT’ler) oluşur.

Alanda programlanabilir kapı dizileri (FPGA’lar), veri merkezi bilgi işlemde artan kullanımları nedeniyle hızlı ve dramatik değişikliklerden geçiyor. Şu anda, belirli görevler için hızlandırıcıları uygulamak için CPU ile birlikte entegre edilebilirler. Bu şekilde, yalnızca CPU’dan işi boşaltmakla kalmaz, aynı zamanda daha hızlı ve daha verimli bir şekilde yaparlar.

Piyasada bulunan çeşitli mimarilerle FPGA yongaları milyonlarca programlanabilir mantık kapısı içerir. FPGA’ların programlanabilir mantık bileşenleri veya FPGA’lar olarak bilinen mantık blokları, mantık kapılarından bellek elemanlarına veya bellek bloklarına veya hemen hemen her şeyden oluşabilir. Tüm bu bileşenler, bir FPGA’yı, bir tasarımcının istediği herhangi bir dijital hesaplama sistemini tasarlamak için kullanabileceği tamamen programlanabilir bir entegre devre yapar.

Ayrıca, FPGA’lar, çevre birimleriyle birlikte eksiksiz bir sistem bir çip üzerinde tek bir minyatür FPGA’ya entegre edilebildiğinden, uçtan uca bir çözüme benzer bir performans sağlar. Bir FPGA’nın en büyük avantajı, çipin tamamen programlanabilir ve yeniden programlanabilir olmasıdır. Böylece, bir tasarıma göre yapılandırılabilen, ancak güncellenerek yeniden programlanabilen veya tamamen başka bir şey yaratabilen büyük bir mantık devresi haline gelir. Örneğin, bir FPGA bir mikro denetleyici olabilir ve daha sonra bir bellek olarak programlanabilir, vb. İstediğiniz devreyi yapmak için kapılarını ve birleştirilme şeklini programlamanız yeterlidir.

Devre kartları veya devre kartları üretilmişse ve devrenin bir parçası olarak FPGA’yı içeriyorsa, FPGA üretim sırasında programlanır, ancak daha sonra herhangi bir değişikliği yansıtacak şekilde yeniden programlanabilir. Bir FPGA yeniden yapılandırılabilir bir mantık dizisi olduğundan, mantığın sistem gereksinimlerine uyacak şekilde yapılandırılması gerekir. Tasarım ve doğrulama işlemleri tamamlandıktan sonra, FPGA cihazını yapılandırmak için oluşturulan bir ikili dosya (ayrıca FPGA’nın tescilli yazılımı kullanılarak) kullanılır. Bu nedenle, FPGA üzerinde çalışan programlar FPGA’nın yerel belleğine dokunmaz, bunun yerine verileri içine taşır ve sonuçları okur.

FPGA’ya her güç verildiğinde, SRAM, güç kaynağından ayrıldığında silinmemesi için genellikle bir flash çip tarafından yapılandırmasıyla yüklenir. Boolean mantık devreleri, bir FPGA’da kablosuz olarak bırakılır ve bir kez kalıcı olarak programlanır veya çipe her güç sağlandığında yeniden programlanır.

Xilinx Spartalı

Ayrı kartlarda, FPGA’lar potansiyel olarak Linux’u çalıştırmak için kullanılabilecek biraz daha fazla zeka taşıyabilir, ancak FPGA teknolojisinin kendisi benzerdir. FPGA’lar, özellikle Uygulamaya Özel Tümleşik Devrelerin (ASIC’ler) veya CPU’ların yanı sıra yeni DSA’ların prototiplenmesi için kullanışlıdır. Yani, çipin belirli iş yüklerine göre ayarlanmasının gerektiği veya gelecekte bir noktada çip düzeyinde değişikliklere ihtiyaç duyulacağı durumlarda kullanılır. ASIC’i tasarlamaya gerek kalmadan ve en kötüsü ve daha pahalısı, üretime gönderin.

Bu nedenle FPGA’lar, MPW hizmetlerini kullanmaya gerek kalmadan bu elemanlarda devrelerini yeniden oluşturabildikleri için üreticiler tarafından çok beğenilmektedir. Ayrıca ASIC geliştiricileri tarafından, devreyi geliştirmenin erken aşamalarında uygulamak ve çalışıp çalışmadığını test etmek için kullanılırlar.

Bu, bir FPGA etrafında oluşturulmuş bir tasarımın kullanılıp kullanılmayacağına kararın tasarım döngüsünün başlarında verilmesi gerektiği ve çipi yeniden programlamanız gerekip gerekmediğine, başka bir yerde eşdeğer özellikleri alıp alamayacağınız gibi şeylere bağlı olacağı anlamına gelir. , tabii ki, izin verilen maliyetler. Bir ASIC veya CPU tasarımı sonlandırılmadan ve hatasız hale getirilmeden ve nihai ASIC’in fiili üretimi başlamadan önce bir FPGA’nın yeniden programlanması gerekebilir. Ardından, bir FPGA tasarım süreci, revizyon kontrol araçlarını kullanabilen tasarımların ekip geliştirmesini sağlamak için proje yönetimi araçlarına sahip olmalıdır. Tasarım sürecinin her adımı, kullanıcılar için karmaşıklığı azaltmak için tek bir platforma entegre edilebilmesi gereken birden fazla EDA aracı kullanır.

Mühendisler, tasarımı FPGA’ları kullanarak oluşturabilir ve ardından devre tasarımını optimize etmek için zaman harcamak yerine, üretim için tasarım maskesinde sabit bir tasarım pişirebilir. AMI, donanım hızlandırma için özel FPGA’lar tasarlamak ve kullanmak için gerekli FPGA geliştirme araçları ve yürütme araçları ile önceden oluşturulmuştur.

Microsoft’un Azure bulut hizmetleri, geliştiricilerin özel donanım ve yazılım satın alıp yapılandırmak zorunda kalmadan FPGA yongalarının gücünden yararlanmasına olanak tanır. ASIC’lerin karşılığı veya alternatifi olarak hizmet etmek yerine, FPGA programlanabilir mantığı, geleneksel donanım ve yazılım paradigmalarından koparak üçüncü bilgi işlem paradigması olarak ortaya çıkıyor. 3D entegrasyonundan ortaya çıkan yeni yeteneklerin yanı sıra günümüzün ağ bağlantılı ve veri merkezli bilgi işlemin talepleri tarafından yönlendirilen Intel/VMwares Crossroads for 3D FPGAs akademik araştırma merkezi, yeni ortaya çıkan programlanabilir veri ek donanımını keşfedecek. sunucular ve ağ, anabilgisayar hesaplama ve depolama öğeleri boyunca hareket halindeki veriler üzerinde çalışır.

Similar Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published.