Komponen Elektronik Chip IC Sirkuit Terpadu XC5VLX110-1FFG1153C FPGA Virtex-5

Atribut Produk

Laporkan Kesalahan Informasi Produk

Lihat Serupa

Dokumen & Media

Klasifikasi Lingkungan & Ekspor

Array gerbang yang dapat diprogram di lapangan

Asusunan gerbang yang dapat diprogram di lapangan(FPGA) adalahsirkuit terpadudirancang untuk dikonfigurasikan oleh pelanggan atau desainer setelah produksi – itulah istilahnyadapat diprogram di lapangan.Konfigurasi FPGA umumnya ditentukan menggunakan abahasa deskripsi perangkat keras(HDL), mirip dengan yang digunakan untukSirkuit Terpadu Aplikasi Khusus(ASIC).Diagram sirkuitsebelumnya digunakan untuk menentukan konfigurasi, namun hal ini semakin jarang karena munculnyaotomatisasi desain elektronikperalatan.

FPGA berisi arraydapat diprogram blok logika, dan hierarki interkoneksi yang dapat dikonfigurasi ulang memungkinkan blok untuk dihubungkan bersama.Blok logika dapat dikonfigurasi untuk melakukan yang kompleksfungsi kombinasional, atau bertindak sederhanagerbang logikamenyukaiDANDanXOR.Di sebagian besar FPGA, blok logika juga disertakanelemen memori, yang mungkin sederhanasandal jepitatau lebih blok memori yang lengkap.^[1]Banyak FPGA yang dapat diprogram ulang untuk diterapkan secara berbedafungsi logika, memungkinkan fleksibelkomputasi yang dapat dikonfigurasi ulangseperti yang dilakukan diperangkat lunak komputer.

FPGA memiliki peran yang luar biasa dalam hal inisistem tertanampengembangan karena kemampuan mereka untuk memulai pengembangan perangkat lunak sistem secara bersamaan dengan perangkat keras, memungkinkan simulasi kinerja sistem pada tahap awal pengembangan, dan memungkinkan berbagai uji coba sistem dan iterasi desain sebelum menyelesaikan arsitektur sistem.^[2]

Sejarah[sunting]

Industri FPGA tumbuh darimemori read-only yang dapat diprogram(PROM) danperangkat logika yang dapat diprogram(PLD).PROM dan PLD keduanya memiliki pilihan untuk diprogram dalam batch di pabrik atau di lapangan (dapat diprogram di lapangan).^[3]

mengubahdidirikan pada tahun 1983 dan menghadirkan perangkat logika pertama yang dapat diprogram ulang di industri pada tahun 1984 – EP300 – yang dilengkapi jendela kuarsa dalam paketnya yang memungkinkan pengguna menyinari lampu ultra-violet pada cetakan untuk menghapusEPROMsel yang menyimpan konfigurasi perangkat.^[4]

Xilinxmenghasilkan program lapangan pertama yang layak secara komersialsusunan gerbangpada tahun 1985^[3]– XC2064.^[5]XC2064 memiliki gerbang yang dapat diprogram dan interkoneksi antar gerbang yang dapat diprogram, awal dari teknologi dan pasar baru.^[6]XC2064 memiliki 64 blok logika yang dapat dikonfigurasi (CLB), dengan dua tiga inputtabel pencarian(LUT).^[7]

Pada tahun 1987,Pusat Peperangan Permukaan Lautmendanai percobaan yang diusulkan oleh Steve Casselman untuk mengembangkan komputer yang akan mengimplementasikan 600.000 gerbang yang dapat diprogram ulang.Casselman berhasil dan paten terkait sistem tersebut dikeluarkan pada tahun 1992.^[3]

Altera dan Xilinx terus tidak tertandingi dan tumbuh dengan cepat dari tahun 1985 hingga pertengahan 1990an ketika para pesaing bermunculan, mengikis sebagian besar pangsa pasar mereka.Pada tahun 1993, Actel (sekarangMikrosemi) melayani sekitar 18 persen pasar.^[6]

Tahun 1990-an adalah periode pertumbuhan pesat FPGA, baik dalam kecanggihan sirkuit maupun volume produksi.Pada awal tahun 1990an, FPGA terutama digunakan ditelekomunikasiDanjaringan.Pada akhir dekade ini, FPGA mulai diterapkan pada konsumen, otomotif, dan industri.^[8]

Pada tahun 2013, Altera (31 persen), Actel (10 persen) dan Xilinx (36 persen) bersama-sama mewakili sekitar 77 persen pasar FPGA.^[9]

Perusahaan seperti Microsoft telah mulai menggunakan FPGA untuk mempercepat sistem komputasi intensif berkinerja tinggi (sepertiPusat Datayang mengoperasikan merekaMesin pencari Bing), karenakinerja per wattkeuntungan yang diberikan FPGA.^[10]Microsoft mulai menggunakan FPGA untukmempercepatBing pada tahun 2014, dan pada tahun 2018 mulai menerapkan FPGA di seluruh beban kerja pusat data lainnya untuk merekaBiru langit komputasi awanplatform.^[11]

Garis waktu berikut menunjukkan kemajuan dalam berbagai aspek desain FPGA:

Gerbang

• 1987: 9.000 gerbang, Xilinx^[6]
• 1992: 600.000, Departemen Peperangan Permukaan Laut^[3]
• Awal tahun 2000an: jutaan^[8]
• 2013: 50 juta, Xilinx^[12]

Ukuran pasar

• 1985: FPGA komersial pertama: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 juta^[6]
• C.1993: >$385 juta^{[6][verifikasi gagal]}
• 2005: $1,9 miliar^[13]
• Perkiraan tahun 2010: $2,75 miliar^[13]
• 2013: $5,4 miliar^[14]
• Perkiraan tahun 2020: $9,8 miliar^[14]

Desain dimulai

Aawal desainadalah desain khusus baru untuk implementasi pada FPGA.

• 2005: 80.000^[15]
• 2008: 90.000^[16]

Desain[sunting]

FPGA kontemporer memiliki sumber daya yang besargerbang logikadan blok RAM untuk mengimplementasikan komputasi digital yang kompleks.Karena desain FPGA menggunakan kecepatan I/O yang sangat cepat dan data dua arahbis-bis, menjadi tantangan untuk memverifikasi waktu yang tepat dari data yang valid dalam waktu penyiapan dan waktu tunggu.

Perencanaan lantaimemungkinkan alokasi sumber daya dalam FPGA untuk memenuhi batasan waktu ini.FPGA dapat digunakan untuk mengimplementasikan fungsi logis apa pun yangASICdapat tampil.Kemampuan untuk memperbarui fungsionalitas setelah pengiriman,konfigurasi ulang sebagiandari sebagian desain^[17]dan biaya rekayasa non-berulang yang rendah dibandingkan desain ASIC (meskipun biaya unit umumnya lebih tinggi), menawarkan keuntungan untuk banyak aplikasi.^[1]

Beberapa FPGA memiliki fitur analog selain fungsi digital.Fitur analog yang paling umum adalah dapat diprogramlaju perubahan teganganpada setiap pin keluaran, memungkinkan teknisi untuk menetapkan tarif rendah pada pin dengan beban ringan yang sebaliknyacincinataupasangantidak dapat diterima, dan untuk menetapkan tarif yang lebih tinggi pada pin yang memuat banyak muatan pada saluran berkecepatan tinggi yang jika tidak maka akan berjalan terlalu lambat.^[18][19]Yang juga umum adalah kuarsa-osilator kristal, osilator kapasitansi resistansi pada chip, danloop fase-terkuncidengan tertanamosilator yang dikontrol tegangandigunakan untuk pembuatan dan pengelolaan jam serta untuk transmisi jam serializer-deserializer (SERDES) berkecepatan tinggi dan pemulihan jam penerima.Yang cukup umum adalah diferensialpembandingpada pin input yang dirancang untuk dihubungkanpensinyalan diferensialsaluran.Beberapa "sinyal campuranFPGA” memiliki perangkat terintegrasikonverter analog-ke-digital(ADC) dankonverter digital-ke-analog(DAC) dengan blok pengkondisi sinyal analog yang memungkinkannya beroperasi sebagai asistem-on-a-chip(SoC).^[20]Perangkat semacam itu mengaburkan batas antara FPGA, yang membawa angka digital dan angka nol pada struktur interkoneksi internal yang dapat diprogram, danarray analog yang dapat diprogram di lapangan(FPAA), yang membawa nilai analog pada struktur interkoneksi internal yang dapat diprogram.