Что такое ПЛИС и для чего она используется?

Дядя Влад

ПЛИС обеспечивают преимущества для различных типов электронного оборудования. От авианавигации до медицинского ультразвукового исследования и поисковых машин люди полагаются на FPGA для разработки и использования технологий, которые они используют ежедневно.

В этой статье представлена ​​информация о том, что такое ПЛИС и для чего она используется. Если вас интересуют эти темы, вам понравится эта статья.

Что такое ПЛИС?

FPGA – это аббревиатура от Field Programmable Gate Array . Это полупроводниковое устройство, основанное на матрице конфигурируемых логических блоков (CLB), благодаря чему большая часть электрических функций внутри устройства может быть изменена инженером-проектировщиком.

Связанный: Узнайте, как программировать платы Arduino сегодня с помощью этих команд

FPGA определяется набором взаимосвязанных цифровых подсхем, которые реализуют общие функции, а также предлагают высокий уровень гибкости. ПЛИС относятся к классу устройств, называемых программируемой логикой (или программируемым оборудованием). Сама по себе FPGA ничего не делает; скорее он сконфигурирован для работы с любой необходимой цифровой схемой. Итак, как это работает?

Как работает ПЛИС?

Понять, как работает FPGA, несложно. Он включает в себя загрузку конфигурации в FPGA, которая затем начинает вести себя как любая требуемая вам схема. Ни суеты, ни стресса. Его конфигурация на основе ОЗУ означает, что его можно реконфигурировать неограниченное количество раз.

Типы ПЛИС

Существует два основных способа классификации ПЛИС: по их внутреннему расположению блоков или по типу технологии программирования. Когда дело доходит до устройства, ПЛИС попадают в одну из трех категорий:

  1. Симметричные массивы: эта структура состоит из строк и столбцов связанных логических блоков, окруженных блоками ввода / вывода.
  2. Архитектура на основе строк: в этой схеме чередуются ряды логических блоков и программируемых ресурсов межсоединения с блоками ввода / вывода по краям.
  3. Иерархические PLD (программируемые логические устройства): они имеют более сложную структуру. Верхний уровень состоит из логических блоков и межсоединений. Логические блоки содержат логические модули, которые имеют комбинаторные и последовательные функциональные элементы.

Распространенное использование FGPA

Существует множество применений FPGA, которые охватывают широкий спектр областей. Варианты использования включают:

  1. Обработка видео и изображений.
  2. Военное применение.
  3. Программно-конфигурируемое радио.
  4. Медицинская визуализация.
  5. Проводная и беспроводная связь.
  6. Интеграция нескольких простых программируемых логических устройств.
  7. Распознавание голоса.
  8. Криптография.
  9. Цифровая обработка сигналов.
  10. Прототипирование ASIC.
  11. Контроллеры устройств.
  12. Системы эмуляции компьютерного оборудования.
  13. Биоинформатика.
  14. Высокопроизводительные вычисления.
  15. Авиакосмическая промышленность и оборона.
  16. Прототипирование ASIC.
  17. Автомобильная промышленность.
  18. Вещание бытовой электроники.
  19. Дата-центр медицинский.
  20. Научные и промышленные приборы.

Преимущества использования FPGA

FPGA предлагает множество преимуществ по сравнению с традиционными реализациями.

Преимущества Подробности
Интеграция Чем больше функций в современных ПЛИС (которые включают встроенные процессоры, входы / выходы приемопередатчиков со скоростью 28 Гбит / с или более, блоки ОЗУ, механизмы DSP), тем меньше устройств на печатной плате. Это увеличивает надежность за счет уменьшения количества отказов устройств.
Гибкость Функциональность FPGA может изменяться при каждом включении устройства. Это означает, что если инженер-конструктор хочет внести изменение, он может просто загрузить новый файл конфигурации в устройство и опробовать изменение.
Ускорение ПЛИС быстрее выводятся на рынок, потому что они продаются «с полки». Благодаря гибкости ПЛИС производители оригинального оборудования могут поставлять системы, как только будет доказано, что их конструкция работает и протестирована.
Долгосрочная доступность Использование FPGA дает вам независимость от производителей компонентов, потому что функциональность заключается не в самом модуле, а в его конфигурации. Это программирование может быть выполнено таким образом, что не требует каких-либо настроек на разных ПЛИС.

Различия между FPGA и ASIC

ASIC (специализированные интегральные схемы) и FPGA имеют разные ценностные предложения. Что отличает FPGA от ASIC, так это тот факт, что FPGA можно перепрограммировать в соответствии с желаемым приложением или функциональными требованиями после производства, тогда как ASIC изготавливается на заказ для конкретных задач проектирования. Эти изменения при перепрограммировании могут происходить в процессе сборки печатной платы или даже после того, как оборудование было отгружено клиентам.

Хотя одноразовые программируемые (OTP) FPGA действительно существуют, доминирующие и наиболее распространенные типы основаны на оперативной памяти, что делает их перепрограммируемыми по мере развития дизайна.

Кроме того, FPGA продаются в готовом виде, в отличие от ASIC, для которых требуются производственные циклы, которые в конечном итоге занимают несколько месяцев.

Производительность и универсальность FPGA

FPGA предлагает превосходные уровни производительности и универсальности, что делает их идеальной технологией для людей и организаций, стремящихся оптимизировать микросхемы или внести изменения в микросхемы для своей рабочей нагрузки.

Прекрасный пример растущего значения FPGA можно найти в области искусственного интеллекта. По мере того как искусственный интеллект продолжает приобретать актуальность, возрастает и важность ПЛИС. В некоторых случаях FGPA превосходят графические процессоры (графические процессоры) в анализе огромных объемов данных для машинного обучения.