Τι είναι το FPGA και σε τι χρησιμοποιείται;

Τα FPGA παρέχουν οφέλη σε διαφορετικούς τύπους ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Από την πλοήγηση αεροσκαφών έως τους ιατρικούς υπερήχους και τις μηχανές αναζήτησης δεδομένων, οι άνθρωποι βασίζονται σε FPGA για την ανάπτυξη και τη χρήση της τεχνολογίας που χρησιμοποιούν σε καθημερινή βάση.

Αυτό το άρθρο παρέχει πληροφορίες σχετικά με το τι είναι το FPGA και ποια είναι η χρήση του. Εάν σας ενδιαφέρει αυτά τα θέματα, θα απολαύσετε να διαβάσετε αυτό το άρθρο.

Τι είναι το FPGA;

Το FPGA είναι ένα αρκτικόλεξο που σημαίνει Προγραμματιζόμενη σειρά πινάκων πεδίου. Είναι ένα συσκευή ημιαγωγών με βάση μια μήτρα διαμορφώσιμων λογικών μπλοκ (CLBs) με την οποία η μεγάλη πλειονότητα των ηλεκτρικών λειτουργιών μέσα στη συσκευή μπορεί να αλλάξει από τον μηχανικό σχεδιασμού.

Σχετίζεται με: Μάθετε πώς να προγραμματίζετε το Arduino Boards σήμερα με αυτές τις εντολές

Το FPGA καθορίζεται από τη σειρά διασυνδεδεμένων ψηφιακών υποκυκλωμάτων που εφαρμόζουν κοινές λειτουργίες, ενώ προσφέρουν επίσης υψηλά επίπεδα ευελιξίας. Τα FPGA ανήκουν σε μια κατηγορία συσκευών που αναφέρονται ως λογική προγραμματιζόμενης (ή προγραμματιζόμενου υλικού). Το FPGA δεν κάνει τίποτα από μόνο του. μάλλον έχει διαμορφωθεί ώστε να απαιτείται οποιοδήποτε ψηφιακό κύκλωμα. Πως λειτουργεί, λοιπόν?

Πώς λειτουργεί ένα FPGA;

Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας ενός FPGA είναι απλή. Περιλαμβάνει φόρτωση μιας διαμόρφωσης στο FPGA που στη συνέχεια αρχίζει να συμπεριφέρεται όπως κάθε κύκλωμα που χρειάζεστε. Χωρίς φασαρία, χωρίς άγχος. Του Διαμόρφωση με βάση τη μνήμη RAM σημαίνει ότι μπορεί να αναδιαμορφωθεί απεριόριστα φορές.

Τύποι FPGA

Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι ταξινόμησης των FPGA: από την εσωτερική τους διάταξη μπλοκ ή από τον τύπο της τεχνολογίας προγραμματισμού. Τα FPGA εμπίπτουν σε μία από τις τρεις κατηγορίες όσον αφορά τη ρύθμιση τους:

1. Συμμετρικές συστοιχίες: Αυτή η διάταξη αποτελείται από σειρές και στήλες συνδεδεμένων λογικών μπλοκ, που περιβάλλονται από μπλοκ εισόδου / εξόδου.
2. Αρχιτεκτονική βάσει σειράς: Αυτή η διάταξη εναλλάσσει σειρές λογικών μπλοκ και προγραμματιζόμενους πόρους διασύνδεσης, με μπλοκ εισόδου / εξόδου κατά μήκος των άκρων.
3. Ιεραρχικά PLD (προγραμματιζόμενες λογικές συσκευές): Αυτά έχουν μια πιο περίπλοκη διάταξη. Το ανώτερο επίπεδο αποτελείται από λογικά μπλοκ και διασυνδέσεις. Τα λογικά μπλοκ περιέχουν λογικές ενότητες, οι οποίες έχουν συνδυαστικά και διαδοχικά λειτουργικά στοιχεία.

Κοινές χρήσεις του FGPA

Υπάρχουν πολλές χρήσεις για το FPGA που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα περιοχών. Οι περιπτώσεις χρήσης περιλαμβάνουν:

1. Επεξεργασία βίντεο και απεικόνισης.
2. Στρατιωτικές εφαρμογές.
3. Ραδιόφωνο που καθορίζεται από λογισμικό.
4. Ιατρική απεικόνιση.
5. Ενσύρματες και ασύρματες επικοινωνίες.
6. Ενσωμάτωση πολλαπλών απλών προγραμματιζόμενων λογικών συσκευών.
7. Αναγνώριση φωνής.
8. Κρυπτογράφηση.
9. Ψηφιακή επεξεργασία σήματος.
10. Πρωτότυπα ASIC.
11. Ελεγκτές συσκευών.
12. Συστήματα εξομοίωσης υλικού υπολογιστών.
13. Βιοπληροφορική.
14. Υπολογισμός υψηλής απόδοσης.
15. Αεροδιαστημική και άμυνα.
16. Πρωτότυπα ASIC.
17. Αυτοκίνητο.
18. Μετάδοση ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης.
19. Ιατρικό κέντρο δεδομένων.
20. Επιστημονικά και βιομηχανικά όργανα.

Οφέλη από τη χρήση του FPGA

Το FPGA προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών εφαρμογών.

Οι διαφορές μεταξύ FPGA και ASIC

Τα ASIC (Ειδικά ολοκληρωμένα κυκλώματα εφαρμογής) και FPGA έχουν διαφορετικές προτάσεις αξίας. Αυτό που διακρίνει τα FPGA από το ASIC είναι το γεγονός ότι το FPGA μπορεί να επαναπρογραμματιστεί σε μια επιθυμητή εφαρμογή ή απαιτήσεις λειτουργικότητας μετά την κατασκευή, ενώ η ASIC κατασκευάζεται κατά παραγγελία για συγκεκριμένο σχεδιασμό καθήκοντα. Αυτές οι αλλαγές επαναπρογραμματισμού μπορούν να προκύψουν κατά τη διαδικασία συναρμολόγησης του PCB (Printed Circuit Board) ή ακόμα και μετά την αποστολή του εξοπλισμού στους πελάτες.

Παρόλο που υπάρχουν μονοπρογραμματιζόμενα (OTP) FPGAs, οι κυρίαρχοι και οι πιο συνηθισμένοι τύποι βασίζονται σε μνήμη RAM που τους καθιστά επαναπρογραμματιζόμενους καθώς ο σχεδιασμός συνεχίζει να εξελίσσεται.

Επιπλέον, τα FPGA πωλούνται από το ράφι, σε αντίθεση με τα ASIC που απαιτούν κύκλους κατασκευής που καταλήγουν να διαρκέσουν αρκετούς μήνες.

Απόδοση και ευελιξία του FPGA

Το FPGA προσφέρει ανώτερα επίπεδα απόδοσης και ευελιξία που τους καθιστούν την τεχνολογία go-to για άτομα και οργανισμούς που θέλουν να βελτιστοποιήσουν τις μάρκες ή να κάνουν αλλαγές σε μάρκες για το φόρτο εργασίας τους.

Ένα εξαιρετικό παράδειγμα της αυξανόμενης σημασίας των FPGA μπορεί να βρεθεί στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης. Καθώς η τεχνητή νοημοσύνη συνεχίζει να αποκτά σημασία, το ίδιο έχει και η σημασία των FPGA. Σε ορισμένες περιπτώσεις, Τα FGPA ξεπερνούν τις GPU (Γραφικές Μονάδες Επεξεργασίας) στην ανάλυση τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων για μηχανική μάθηση.

Calvin Ebun-Amu (40 άρθρα δημοσιεύθηκαν)

Ο Calvin είναι συγγραφέας στο MakeUseOf. Όταν δεν παρακολουθεί τον Rick και τον Morty ή τις αγαπημένες του αθλητικές ομάδες, ο Calvin γράφει για νεοσύστατες επιχειρήσεις, blockchain, κυβερνοασφάλεια και άλλους τομείς τεχνολογίας.

Περισσότερα από τον Calvin Ebun-Amu