מה זה FPGA ולמה הוא משמש?

ה- FPGA מספקים יתרונות לסוגים שונים של ציוד אלקטרוני. החל מניווט מטוסים ועד אולטרסאונד רפואי ומנועי חיפוש נתונים, אנשים מסתמכים על FPGA לפיתוח ושימוש בטכנולוגיה בה הם משתמשים באופן יומיומי.

מאמר זה מספק מידע על מהו FPGA ולמה הוא משמש. אם אתה מעוניין בנושאים אלה, תוכל ליהנות מקריאת מאמר זה.

מה זה FPGA?

FPGA הוא ראשי תיבות שמייצגים מערך שערים לתכנות בשטח. זה מכשיר מוליכים למחצה בהתבסס על מטריצה ​​של בלוקים לוגיים הניתנים להגדרה (CLB), לפיהם רוב גדול של הפונקציונליות החשמלית בתוך המכשיר ניתנת לשינוי על ידי מהנדס התכנון.

קָשׁוּר: למד כיצד לתכנת לוחות Arduino היום באמצעות פקודות אלה

FPGA מוגדר על ידי מערך תת המעגלים הדיגיטליים המחוברים ביניהם, המיישמים פונקציות נפוצות, תוך שהם מציעים רמות גבוהות של גמישות. FPGAs שייכים למחלקה של מכשירים המכונים לוגיקה ניתנת לתכנות (או חומרה ניתנת לתכנות). FPGA לא עושה דבר מעצמו; אלא הוא מוגדר להיות כל מעגל דיגיטלי נדרש. אז איך זה עובד?

איך עובד FPGA?

ההבנה כיצד פועל FPGA היא פשוטה. זה כרוך בהעמסת תצורה ל- FPGA אשר מתחילה להתנהג כמו כל מעגל שאתה זקוק לו. בלי מהומה, בלי לחץ. שֶׁלָה תצורה מבוססת זיכרון RAM פירושו שניתן להגדיר מחדש כמות בלתי מוגבלת של פעמים.

סוגי FPGA

ישנן שתי דרכים עיקריות לסיווג FPGA: לפי הסידור הפנימי של בלוקים או לפי סוג טכנולוגיית התכנות שלהם. FPGAs מתחלקים לאחת משלוש קטגוריות בכל הנוגע לסידורם:

1. מערכים סימטריים: סידור זה מורכב משורות ועמודות של גושי לוגיקה מחוברים, מוקפים בלוקי קלט / פלט.
2. ארכיטקטורה מבוססת שורה: סידור זה מתחלף בין שורות של גושי לוגיקה ומשאבי חיבור מקושרים לתכנות, עם גושי קלט / פלט בקצוות.
3. PLDs היררכיים (התקני לוגיקה ניתנים לתכנות): אלה כוללים פריסה מורכבת יותר. המפלס העליון מורכב מחוסמי לוגיקה וקישורי קשר. בלוקי ההיגיון מכילים מודולים לוגיים, הכוללים אלמנטים פונקציונליים קומבינטוריים ורצופים.

שימושים נפוצים של FGPA

ישנם מספר עצום של שימושים עבור FPGA המכסים מגוון עצום של אזורים. מקרי השימוש כוללים:

1. עיבוד וידאו והדמיה.
2. יישומים צבאיים.
3. רדיו מוגדר תוכנה.
4. הדמיה רפואית.
5. תקשורת קווית ואלחוטית.
6. שילוב של מספר התקני לוגיקה פשוטים לתכנות.
7. זיהוי קולי.
8. קריפטוגרפיה.
9. עיבוד אותות דיגיטלי.
10. אב טיפוס של ASIC.
11. בקרי מכשירים.
12. מערכות הדמיית חומרת מחשב.
13. ביואינפורמטיקה.
14. מחשוב בעל ביצועים גבוהים.
15. חלל והגנה.
16. אב טיפוס של ASIC.
17. רכב.
18. שידור אלקטרוניקה לצרכן.
19. מרכז מידע רפואי.
20. מכשירים מדעיים ותעשייתיים.

יתרונות השימוש ב- FPGA

FPGA מציע יתרונות רבים על פני יישומים קונבנציונליים.

ההבדלים בין FPGA ל- ASIC

ל- ASIC (מעגלים משולבים יישומים ספציפיים) ו- FPGA יש הצעות ערך שונות. מה שמבדיל בין FPGA לבין ASIC הוא העובדה שניתן לתכנת מחדש את FPGA ליישום הרצוי או דרישות פונקציונליות לאחר הייצור ואילו ASIC מיוצרת בהתאמה אישית לתכנון ספציפי משימות. שינויים בתכנות מחדש אלה יכולים להתרחש בתהליך הרכבת ה- PCB (Printed Circuit Board), או אפילו לאחר שהציוד נשלח ללקוחות.

למרות שקיימים FPGA מתוכנתים חד פעמיים (OTP) קיימים, הסוגים הדומיננטיים והנפוצים ביותר מבוססי זיכרון RAM מה שהופך אותם לתכנות מחדש ככל שהתכנון ממשיך להתפתח.

יתר על כן, מכשירי FPGA נמכרים מהמדף, בניגוד ל- ASIC המחייבים מחזורי ייצור שבסופו של דבר אורכים מספר חודשים.

ביצועים ורב-תכליתיות של FPGA

FPGA מציע רמות ביצועים ורב-תכליתיות מעולות שהופכות אותם לטכנולוגיית ה- go-to עבור אנשים וארגונים המעוניינים לבצע אופטימיזציה של שבבים או לבצע שינויים בצ'יפים לצורך עומס העבודה שלהם.

דוגמה מצוינת למשמעות הגוברת של FPGAs ניתן למצוא בתחום הבינה המלאכותית. כאשר הבינה המלאכותית ממשיכה לקבל רלוונטיות, כך גם חשיבותם של ה- FPGA. במקרים מסוימים, FGPA עולים על ביצועי GPUs (יחידות עיבוד גרפי) בניתוח כמויות עצומות של נתונים לצורך למידת מכונה.

קלווין אבון-אמו (40 מאמרים פורסמו)

קלווין הוא סופר ב- MakeUseOf. כאשר הוא לא צופה בריק ומורטי או בקבוצות הספורט האהובות עליו, קלווין כותב על סטארט-אפים, בלוקצ'יין, אבטחת סייבר ותחומי טכנולוגיה אחרים.

עוד מאת קלווין אבון-אמו