(Fou & Original) O lo'o iai le fa'asoa 3S200A-4FTG256C IC Chip XC3S200A-4FTG256C

Uiga Oloa

 Field Programmable Gate Array

 Afanua-programmable faitotoa laina(FPGA) o sefeso'ota'iga fa'atasifuafuaina e fa'atulagaina e se tagata fa'atau po'o se tagata fa'ailoga pe a uma ona gaosia - o le mea lea o le faaupugafanua-programmable.O le fa'atulagaina o le FPGA e masani lava ona fa'amaonia e fa'aaoga ai le agagana fa'amatalaga meafaigaluega(HDL), tutusa ma le faʻaaogaina mo sefa'aoga-fa'apitoa feso'ota'iga feso'ota'iga(ASIC).Ata fa'ata'amilosagasa fa'aaoga muamua e fa'amaoti ai le fa'atulagaga, ae ua fa'atuputeleina seasea ona o le o'o mai ofa'aautometi mamanu fa'akomepiutameafaigaluega.

FPGA o loʻo i ai se faʻasologa ofa'apolokalameina poloka manatu, ma se fa'asologa o feso'ota'iga e mafai ona toe fa'atulagaina e mafai ai ona fa'apipi'i poloka poloka.E mafai ona fa'atulagaina poloka fa'akomepiuta e fai fa'alavelavegaluega tuufaatasi, poʻo le faʻafaigofiefaitotoʻa faʻatataupeiMAmaXOR.I le tele o FPGA, o poloka faʻapolopolo e aofia ai foielemene manatua, atonu e faigofieseevae tosotosope sili atu poloka atoa o manatua.^[1]Tele FPGA e mafai ona toe fa'apolokalameina e fa'atino ese'esegaluega fa'atatau, faatagaina fetuutuunaitoe fetuutuunai komepiutae pei ona faatinoina ipolokalama faakomepiuta.

O FPGA e iai sona sao taua i totonufaiga fa'apipi'iatina'e ona o lo latou gafatia e amata ai le atina'eina o polokalama faakomepiuta i le taimi e tasi ma meafaigaluega, fa'ataga faiga fa'ata'ita'iga fa'atinoga i le amataga o le atina'e, ma fa'ataga le tele o fa'ata'ita'iga faiga ma fa'ata'ita'iga a'o le'i fa'amae'aina le fausaga o le faiga.^[2]

Tala'aga[fa'asa'o]

O le alamanuia FPGA na tupu maimanatua na'o le faitau fa'apolokalame(PROM) mamasini fa'apolokalame fa'atatau(PLDs).O PROM ma PLD sa iai uma le filifiliga e fa'apolokalameina i vaega i totonu o se falegaosimea po'o totonu o le fanua (field-programmable).^[3]

Alterana faavaeina i le 1983 ma tuʻuina atu le masini faʻaogaina muamua a le alamanuia i le 1984 - le EP300 - lea na faʻaalia ai se faʻamalama quartz i totonu o le afifi lea e mafai ai e tagata faʻaoga ona susulu se moli ultra-violet i luga o le oti e tape ai leEPOMAsela o lo'o iai le fa'atulagaina o masini.^[4]

Xilinxna maua ai le fa'atauga muamua e mafai ona fa'apolokalameinafa'asologa o faitoto'ai le 1985^[3]- le XC2064.^[5]O le XC2064 e iai faitoto'a fa'apolokalameina ma feso'ota'iga fa'apolokalame i le va o faitoto'a, o le amataga o se tekonolosi fou ma maketi.^[6]O le XC2064 sa i ai le 64 configurable logic blocks (CLBs), faʻatasi ai ma le lua tolu-faʻaogaina.su'e laulau(LUTs).^[7]

I le 1987, o leNofoaga Autu o Taua i luga o le Navalfa'atupeina se fa'ata'ita'iga na fa'atūina e Steve Casselman e atia'e ai se komipiuta e fa'atino ai le 600,000 faitoto'a toe fa'atonu.Na manuia Casselman ma o se pateni e fesoʻotaʻi ma le faiga na tuʻuina atu i le 1992.^[3]

Altera ma Xilinx na faʻaauau pea le le faʻafefeteina ma vave faʻatupulaia mai le 1985 i le ogatotonu o le 1990s ina ua tupu aʻe tagata tauva, ma faʻaumatia ai se vaega tele o latou sea maketi.E oo atu i le 1993, Actel (leaMicrosemi) sa tautua pe tusa ma le 18 pasene o le maketi.^[6]

O le 1990s o se vaitau o le televave o le tuputupu aʻe mo FPGA, e le gata i le faʻaogaina o le matagaluega ma le tele o gaosiga.I le amataga o le 1990s, FPGAs sa faʻaaoga muamua ifeso'ota'igamaupegatafa'ilagi.E oʻo atu i le faʻaiʻuga o le sefulu tausaga, na maua ai e FPGA lo latou ala i tagata faʻatau, taʻavale, ma fale gaosi oloa.^[8]

E oʻo atu i le 2013, Altera (31 pasene), Actel (10 pasene) ma Xilinx (36 pasene) faʻatasi ma sui o le 77 pasene o le maketi FPGA.^[9]

Kamupani e pei o Microsoft ua amata ona faʻaogaina FPGA e faʻavavevave ai le maualuga o le faʻatinoga, faiga faʻapitoa (pei o lenofoaga autu o faamatalagalea e faagaoioia latouBing su'esu'e afi), ona o lefaatinoga ile wattmanuia FPGAs tu'uina atu.^[10]Na amata faʻaaoga e Microsoft FPGAs efaatelevaveBing i le 2014, ma i le 2018 na amata faʻapipiʻiina FPGA i luga o isi faʻamaumauga o galuega autu mo latouAzure fa'akomepiuta aotulaga.^[11]

O fa'asologa o taimi nei e fa'aalia ai le alualu i luma i vaega eseese o le FPGA design:

Faitotoa

• 1987: 9,000 faitotoa, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, Naval Surface Warfare Department^[3]
• Amata 2000s: miliona^[8]
• 2013: 50 miliona, Xilinx^[12]

Tele maketi

• 1985: Fa'atauga muamua FPGA : Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 miliona^[6]
• i.1993: >$385 miliona^{[6][fa'aletonu le fa'amaoniga]}
• 2005: $1.9 piliona^[13]
• Fa'atatau ile 2010: $2.75 piliona^[13]
• 2013: $5.4 piliona^[14]
• 2020 fa'atatau: $9.8 piliona^[14]

E amata le mamanu

Aamata mamanuo se mamanu masani fou mo le faʻatinoga i luga o se FPGA.

• 2005: 80,000^[15]
• 2008: 90,000^[16]

Design[fa'asa'o]

O FPGA fa'aonaponei e tele a latou punaoa ofaitotoʻa faʻatatauma poloka RAM e faʻatino ai faʻatusatusaga numera lavelave.A'o fa'aogaina e le FPGA fua fa'atatau I/O ma fa'amatalaga fa'atasipasi, e avea ma lu'itau le fa'amaonia o le taimi sa'o o fa'amaumauga fa'amaonia i totonu o le taimi fa'atulagaina ma le taimi taofi.

Fuafuaga o le folae mafai ai ona fa'asoa alagaoa i totonu o FPGA e fa'amalieina nei fa'agata taimi.FPGAs e mafai ona faʻaaogaina e faʻatino ai soʻo se galuega faʻatatau e aASICmafai ona faatino.Le mafai ona faʻafouina le gaioiga pe a maeʻa le faʻatau,vaega toe fetuutuunaio se vaega o le mamanu^[17]ma le maualalo o tau fa'ainisinia e le faifai pea e fa'atatau i se ata ASIC (e ui i le maualuga o tau o le iunite), e ofoina atu fa'amanuiaga mo le tele o talosaga.^[1]

O nisi FPGA e iai foliga fa'atusa fa'aopoopo i galuega fa'atekinolosi.O le mea sili ona taatele o le analog o se polokalamefua fa'ataui pine ta'itasi, e fa'ataga ai le inisinia e tu'u maualalo tau i fa'amau mama e fa'apeamamapeulugaliie le taliaina, ma ia fa'atulaga tau maualuga i pine e mamafa le uta i luga o ala saosaoa e ono alu lemu.^[18][19]E masani foi o quartz-oscillators tioata, oscillators tetee i luga o le masini, mafa'amau lokaina vaegama fa'apipi'ioscillators pulea-voltagefa'aaogaina mo le fa'atupuina o le uati ma le pulega fa'apea fo'i ma le fa'aola tele-saosaoa serializer-deserializer (SERDES) fa'aliliu uati ma toe fa'aleleia uati.E masani lava o eseesegatagata fa'atusatusai pine fa'aoga ua fuafuaina e fa'afeso'ota'i ifa'ailoga eseesealavai.Na'o sina mea "fa'ailoga fefiloiFPGAs” ua tu'ufa'atasia le peripheralfa'aliliu fa'atusa-i-numera(ADCs) manumera-i-analog converters(DACs) fa'atasi ai ma poloka fa'amaopoopo fa'ailoga fa'atusa e mafai ai ona fa'agaioi afaiga-i-se-masini(SoC).^[20]O ia masini e faanenefu ai le laina i le va o le FPGA, lea e feavea'i numera ma zeros i luga o lona ie feso'ota'iga fa'akomepiuta i totonu, mafanua-programmable analog array(FPAA), lea o lo'o tauaveina fa'atatau fa'atusa i lona ie feso'ota'iga fa'apolokalame fa'alotoifale.

poloka fa'atonu[fa'asa'o]

Tala autu:Poloka fa'atatau

Fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga fa'afaigofie o se sela fa'atatau (LUT -Su'e laulau, FA –Fa'aopoopo atoa, DFF –D-ituaiga flip-flop)

O le fausaga FPGA sili ona taatele e aofia ai se fa'asologa opoloka manatu(e ta'ua o poloka fa'akomipiuta, CLBs, po'o poloka fa'asologa, LAB, fa'alagolago i le fa'atau),I/O pads, ma auala fa'aalaala.^[1]E masani lava, e tutusa uma le lautele o ala o auala (numera o uaea).E mafai ona ofi le tele o pads I/O i le maualuga o le laina e tasi po'o le lautele o le tasi koluma i le laina.

"E tatau ona fa'afanua se fa'asologa o talosaga i totonu o se FPGA ma lava punaoa.E ui o le numera o CLBs/LABs ma I/Os e mana'omia e faigofie ona fuafua mai le mamanu, o le numera o auala e mana'omia e ono fesuisuiai e tusa lava pe i totonu o mamanu e tutusa le aofaʻi o manatu.(Mo se faʻataʻitaʻiga, aki kolosie mana'omia le tele atu o auala nai lo asystolic arrayfa'atasi ma le faitau faitoto'a e tasi.Talu ai ona o auala e leʻi faʻaaogaina e faʻateleina ai le tau (ma faʻaitiitia le faʻatinoga) o le vaega e aunoa ma le tuʻuina atu o se faʻamanuiaga, o loʻo taumafai le au gaosi FPGA e tuʻuina atu ia lava auala ina ia mafai ai e le tele o mamanu e fetaui lelei i tulaga osu'e laulau(LUTs) ma I/Os e mafaifa'aseseina.E fa'amauina lea i tala fa'atatau e pei o mea na maua maiTulafono a le lisipoʻo faʻataʻitaʻiga i mamanu o loʻo i ai nei."^[21]E oʻo mai i le 2018,feso'ota'iga-i-mataupuo lo'o atia'e fausaga mo auala ma feso'ota'iga.^{[mana'omia se fa'amatalaga]}

I se tulaga lautele, o se poloka logic e aofia ai ni nai sela talafeagai (taʻua ALM, LE, fasi ma isi).O se sela masani e aofia ai le 4-input LUT, afa'aopoopo atoa(FA) ma le aD-ituaiga flip-flop.O nei mea e mafai ona vaevaeina i ni LUT 3-input e lua.I totonufaiga masaniua tu'ufa'atasia i totonu o le 4-input LUT e ala i le muamuamasini fa'atele(mux).I totonufa'atusaauala, o latou galuega faatino e fafagaina i le adder.O le filifiliga o le faiga ua fa'apolokalameina i le mux lona lua.O le mea e mafai ona faia e mafaifa'atasipee le tutusa, faʻalagolago i le polokalame o le mux lona tolu.I le faʻatinoga, atoa poʻo vaega o le faʻaopoopoga oteuina e pei o galuegai totonu o le LUTs ina ia faasaoinaavanoa.^[22][23][24]

poloka malo[fa'asa'o]

O aiga FPGA fa'aonaponei e fa'alauteleina i luga o agava'a o lo'o i luga e aofia ai le maualuga maualuga o galuega fa'apipi'i i le silicon.O le i ai o nei galuega masani e fa'apipi'i i totonu o le matagaluega e fa'aitiitia ai le vaega e mana'omia ma tu'uina atu i na galuega fa'ateleina le saoasaoa pe a fa'atusatusa i le fausiaina mai fa'aupuga masani.O faʻataʻitaʻiga o nei mea e aofia aifa'atele, lautelepoloka DSP,fa'apipi'i processors, maualuga saoasaoa I/O manatu ma fa'apipi'imanatuaga.

FPGA pito i luga e mafai ona iai le saoasaoa maualugatele-gigabit transceiversmamalo IP corespei o lefa'aulufalega,Ethernet vaega fa'atonutonu avanoa feololo,PCI/PCI Expressfa'atonu, ma fa'atonuga manatua fafo.O 'au nei e iai fa'atasi ma le ie e mafai ona fa'apolokalameina, ae o lo'o fausia maitransistorsnai lo LUTs ina ia latou maua ASIC-tulagafaatinogamafa'aaogāga eletisee aunoa ma le faʻaaogaina o se aofaiga tele o punaoa ie, tuʻu le tele o le ie e leai se totogi mo le faʻaoga-faʻapitoa faʻapitoa.O le tele-gigabit transceivers o loʻo i ai foʻi le maualuga o le faʻaogaina o le analog ma le gaosiga o gaioiga faʻatasi ai ma le tele-saosaoa serializers ma deserializers, vaega e le mafai ona fausia mai le LUTs.Fa'atino galuega fa'atino maualuga-tulaga fa'aletino (PHY) pei olefa'ailoga lainae mafai pe le mafai ona faʻatinoina faʻatasi ma le serializers ma deserializers i se faʻamatalaga faigata, faʻalagolago i le FPGA.