ອະທິບາຍເຕັກໂນໂລຊີ FPGA: ໂຄງສ້າງ, ການດໍາເນີນງານ ແລະ ແນວໂນ້ມໃນອະນາຄົດ

Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) ກໍານົດຄວາມยืดหยุ่นໃນການອອກແບບ digital ໂດຍການລວມເອົາປະສິດທິພາບໃນລະດັບຮາດແວຣ໌ເຂົ້າກັບເຫດຜົນທີ່ສາມາດຕັ້ງຄ່າໄດ້. ບໍ່ຄືກັບຊິບທີ່ມີຫນ້າທີ່ຫມັ້ນຄົງ, FPGA ສາມາດຖືກຕັ້ງໂປຣແກຣມຊໍ້າແລ້ວຊໍ້າອີກເພື່ອເຮັດວຽກໃຫມ່, ເລັ່ງວຽກງານ ຫຼືປັບຕົວໃຫ້ເຂົ້າກັບມາດຕະຖານໃຫມ່. ການ ດໍາ ເນີນ ງານ ແບບ ດຽວ ກັນ ແລະ ການ ຕັ້ງ ຄ່າ ໃຫມ່ ທັນທີ ເຮັດ ໃຫ້ ມັນ ມີ ປະ ໂຫຍດ ໃນ ສູນ ກາງ ຂໍ້ ມູນ, ການ ສື່ສານ, ລົດ, ການ ປ້ອງ ກັນ ແລະ ລະບົບ ຝັງ ຕົວ ທີ່ ຂັບ ໄລ່ ໂດຍ AI.

ຄ1. FPGA (Field-Programmable Gate Array) ແມ່ນຫຍັງ?

ຄ2. FPGA ເຮັດວຽກແນວໃດ?

ຄ3. ໂຄງສ້າງພາຍໃນຂອງ FPGA

ຄ4. ລັກສະນະ ແລະ ຄວາມສາມາດຂອງ FPGA

ຄ5. ໂປຣເເກຣມ FPGA

ຄ6. ຜົນປະໂຫຍດຂອງ FPGAs

ຄ7. ປະເພດຂອງ FPGA

ຄ8. FPGA vs ASIC vs Microcontroller

ຄ9. ເຄື່ອງມືພັດທະນາ FPGA

ຄ10. ຜູ້ຜະລິດ FPGA ທີ່ນໍາພາ

ຄ11. ຂໍ້ທ້າທາຍທົ່ວໄປໃນການອອກແບບ FPGA

ຄ12. ແນວໂນ້ມ FPGA ໃນອະນາຄົດ

ຄ13. ສະຫລຸບ

ຄ14. ຄໍາຖາມທີ່ຖາມເລື້ອຍໆ [FAQ]

FPGA (Field-Programmable Gate Array) ແມ່ນຫຍັງ?

FPGA ແມ່ນຫມວດປະກອບທີ່ສາມາດຕັ້ງຄ່າໄດ້ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍສ່ວນປະກອບຂອງໂປຣແກຣມແລະເຄືອຂ່າຍການເດີນທາງ. ບໍ່ຄືກັບ ASIC ເຊິ່ງເປັນອຸປະກອນທີ່ມີຫນ້າທີ່ຫມັ້ນຄົງ, FPGAs ສາມາດຖືກຕັ້ງໂປຣແກຣມໃຫມ່ຊໍ້າແລ້ວຊໍ້າອີກເພື່ອໃຊ້ຫມວດ digital, accelerators ຫຼື system-on-chip ທີ່ຄົບຖ້ວນ.

ການເປັນໂປຣແກຣມທີ່ສາມາດເຮັດໄດ້ຫມາຍຄວາມວ່າສາມາດປັບປຸງເຫດຜົນໄດ້ແມ່ນແຕ່ຫຼັງຈາກທີ່ນໍາໃຊ້ແລ້ວ. ການຕັ້ງຄ່າ Bitstream ເຮັດໃຫ້ສາມາດປັບປຸງປະສິດທິພາບ, ຍົກລະດັບລັກສະນະ ຫຼື ການສະຫນັບສະຫນູນໂປຣແກຣມໂດຍບໍ່ຕ້ອງປ່ຽນຮາດແວຣ໌, ລົດຄວາມສ່ຽງ ແລະ ເວລາເຂົ້າສູ່ຕະຫຼາດ.

FPGA ເຮັດວຽກແນວໃດ?

FPGA ດໍາເນີນງານຜ່ານ matrix ຂອງ Configurable Logic Blocks (CLBs) ທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນໂດຍການຕັ້ງໂປຣແກຣມ. ແຕ່ ລະ CLB ດໍາ ເນີນ ການ logic digital ທີ່ ອຸທິດ ຕົນ, ແລະ ຫລາຍໆ block ຈະ ແລ່ນ ໃນ ເວລາ ດຽວ ກັນ - ເຮັດ ໃຫ້ ມີ ການ ຄິດ ໄລ່ ແບບ ກໍານົດ ໄດ້.

ການຕັ້ງຄ່າໃຫມ່ໃຊ້ແຟ້ມ bitstream ທີ່ສ້າງຈາກ HDL (VHDL ຫຼື Verilog) ທີ່ກໍານົດວິທີທີ່ logic, routing ແລະ I / O ປະພຶດ. ສິ່ງນີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ FPGA ດຽວສາມາດນໍາໃຊ້ຄືນໄດ້ສໍາລັບຫຼາຍໂປຣເເກຣມພຽງແຕ່ໂດຍການປັບປຸງການຕັ້ງຄ່າຂອງມັນ.

ໂຄງສ້າງພາຍໃນຂອງ FPGA

FPGA ລວມເອົາໂຄງສ້າງ logic ທີ່ยืดหยุ่นໄດ້ ແລະ block hardware ພິເສດເພື່ອປະສິດທິພາບ ແລະ ປະສິດທິພາບ:

• Configurable Logic Blocks (CLBs): ແຕ່ລະ CLB ມີ Lookup Tables (LUTs) ແລະ Flip-Flops. LUTs ກໍານົດ logic ປະສົມ, ໃນຂະນະທີ່ Flip-Flops ຈັດການກັບການເກັບຮັກສາຕາມລໍາດັບແລະການຄວບຄຸມເວລາ.

• DSP Slices: ດໍາເນີນການເພີ່ມທະວີການສະສົມ ແລະ ການປັບປຸງສັນຍານທີ່ໃຊ້ໃນເຄື່ອງຕອງ, FFT ແລະ AI inference.

• Block RAM (BRAM): ຄວາມຊົງຈໍາ On-chip ສໍາລັບ buffers, ຕາຕະລາງການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ການເກັບຂໍ້ມູນຊົ່ວຄາວ.

• High-Speed Transceivers: ສະຫນັບສະຫນູນໂປຣແກຣມແບບ serial ເຊັ່ນ PCIe, Ethernet ແລະ JESD ສໍາລັບ I/O ທີ່ມີຂອບເຂດສູງ.

• I / O Blocks (IOBs): ຕິດ ຕໍ່ FPGA ກັບ ອຸປະກອນ ພາຍ ນອກ ແລະ ລົດເມ ໂດຍ ໃຊ້ ມາດຕະຖານ voltage ຕ່າງໆ.

ລັກສະນະ ແລະ ຄວາມສາມາດຂອງ FPGA

• True Parallelism: ຫຼາຍເສັ້ນທາງ logic ດໍາເນີນການພ້ອມກັນ, ບັນລຸຄວາມຊັກຊ້າຕໍ່າ ແລະ ພຶດຕິກໍາທີ່ກໍານົດໄດ້, ເຫມາະສົມສໍາລັບການຈັດການສັນຍານ, ການຄວບຄຸມໃນເວລາຈິງ ແລະ ການສົ່ງຂໍ້ມູນ.

• Dynamic Reconfigurability: Hardware ສາມາດປັບປຸງໄດ້ໃນທົ່ງນາ, ອະນຸຍາດໃຫ້ມີການເພີ່ມຄຸນລັກສະນະ, ການແກ້ໄຂຂໍ້ບົກພ່ອງ ຫຼື ການປ່ຽນແປງໂປຣແກຣມໂດຍບໍ່ຕ້ອງອອກແບບໃຫມ່.

• Rapid Hardware Prototyping: ການອອກແບບທີ່ອີງໃສ່ HDL ສາມາດປະກອບແລະທົດສອບໄດ້ພາຍໃນຊົ່ວໂມງ, ເລັ່ງການພັດທະນາໃຫມ່ ແລະ ຫລຸດຜ່ອນຄວາມສ່ຽງກ່ອນການຜະລິດ ASIC.

• Custom Hardware Acceleration: ທ່ານສາມາດສ້າງເສັ້ນທາງຂໍ້ມູນສະເພາະເຈາະຈົງສໍາລັບ AI inference, 5G baseband ຫຼື network routing, ສົມດຸນຄວາມໄວ, ພະລັງ ແລະ throughput.

ໂປຣເເກຣມ FPGA

• Digital Signal Processing (DSP): FPGA ຈັດການກັບການດໍາເນີນງານສັນຍານຄວາມໄວສູງຢ່າງມີປະສິດທິພາບເຊັ່ນ ການຕອງ, FFTs, modulation/demodulation ແລະ motor control loops. ການດໍາເນີນການແບບຄຽງຄູ່ກັນຂອງເຂົາເຈົ້າເຮັດໃຫ້ການຄິດໄລ່ທີ່ຖືກຕ້ອງແລະມີຄວາມຊັກຊ້າຕໍ່າສໍາລັບລະບົບ radar, sonar ແລະ wireless .

• ການສື່ສານ: ໃຊ້ໃນໂຄງລ່າງເຄືອຂ່າຍສໍາລັບການຈໍາແນກແພັກເກດ, ການເຊື່ອມໂຍງໂປຣແກຣມ, ຂະບວນການ baseband ແລະ routing. FPGA ໃຫ້ເວລາທີ່ກໍານົດໄດ້ ແລະ ສາມາດປັບຕົວໃຫ້ເຂົ້າກັບມາດຕະຖານທີ່ພັດທະນາຂຶ້ນເຊັ່ນ 5G, Ethernet ແລະ ເຄືອຂ່າຍການຂົນສົ່ງທາງສາຍຕາ.

• ລະບົບອຸດສະຫະກໍາ: ໃຫ້ພະລັງຫຸ່ນຍົນ, ພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ ແລະ ການຄວບຄຸມການເຄື່ອນໄຫວທີ່ຖືກຕ້ອງ. FPGAs ລວມເອົາວົງຈອນການຕອບສະຫນອງໃນເວລາຈິງ, motor drivers ແລະ sensor interface ໃນ chip ດຽວ, ເພີ່ມຄວາມໄວ້ວາງໃຈຂອງລະບົບ ແລະ ຫລຸດຜ່ອນຄວາມຊັກຊ້າ.

• ລົດ: ພົບໃນລະບົບ ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), sensor fusion ແລະ in-vehicle networking. ມັນເຮັດໃຫ້ມີການດໍາເນີນການຄຽງຄູ່ກັນສໍາລັບຂໍ້ມູນຮູບພາບ ແລະ LiDAR ໃນຂະນະທີ່ປະຕິບັດຕາມມາດຕະຖານຄວາມປອດໄພທີ່ເຄັ່ງຄັດ ແລະ ຄວາມໄວ້ວາງໃຈໃນການເຮັດວຽກ (ISO 26262).

• ເຄື່ອງເອເລັກໂຕຣນິກທາງການແພດ: ຈໍາເປັນໃນລະບົບ ultrasound, MRI ແລະ ການເກັບຂໍ້ມູນ ບ່ອນທີ່ການດໍາເນີນສັນຍານທີ່ວ່ອງໄວ ແລະ ກໍານົດໄດ້ເຮັດໃຫ້ແນ່ໃຈໄດ້ວ່າຖືກຕ້ອງ. FPGA ຍັງສະຫນັບສະຫນູນການເຂົ້າລະຫັດຂໍ້ມູນໃນລະດັບຮາດແວຣ໌ ແລະ ການສ້າງຮູບພາບທີ່ມີຄວາມຊັກຊ້າຕໍ່າ.

• ຄວາມປອດໄພ ແລະ ການປ້ອງກັນ: ໃຫ້ການເລັ່ງໄວຂອງຮາດແວຣ໌ສໍາລັບການເຂົ້າລະຫັດ, ການແກ້ໄຂ, ການເລີ່ມລະບົບທີ່ປອດໄພ ແລະ ການຢືນຢັນ. ໂຄງສ້າງທີ່ບໍ່ຫມັ້ນຄົງຂອງເຂົາເຈົ້າຈະປັບປຸງຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ວິສະວະກອນຫຼັງແລະອະນຸຍາດໃຫ້ມີການປັບປຸງ algorithm ຢ່າງວ່ອງໄວ.

• Data Centers & Artificial Intelligence: ໃຊ້ສໍາລັບການເລັ່ງວຽກງານໃນເຄື່ອງຄົ້ນຄວ້າ, ການອ້າງອີງ AI, ການແລກປ່ຽນເລື້ອຍໆ ແລະ ຜູ້ຄວບຄຸມການເກັບກໍາຂໍ້ມູນ. FPGA ໃຫ້ການດໍາເນີນງານແບບຄຽງຄູ່ກັນໂດຍໃຊ້ພະລັງງານຫນ້ອຍກວ່າ GPU ສໍາລັບວຽກພິເສດຫຼາຍຢ່າງ.

ຜົນປະໂຫຍດຂອງ FPGAs

ປະເພດຂອງ FPGA

FPGA ຖືກຈໍາແນກໂດຍອີງໃສ່ວິທີທີ່ຂໍ້ມູນການຕັ້ງຄ່າຂອງເຂົາເຈົ້າຖືກເກັບໄວ້ ແລະ ວ່າອຸປະກອນສາມາດຖືກຕັ້ງໂປຣແກຣມຄືນໃຫມ່ຫຼັງຈາກການນໍາໃຊ້. ເທັກ ໂນ ໂລ ຈີ ການ ເກັບ ກໍາ ຂໍ້ ມູນ ພື້ນຖານ ມີ ອິດ ທິພົນ ຕໍ່ ເວລາ ເລີ່ມຕົ້ນ, ພຶດຕິ ກໍາ ຂອງ ພະລັງ, ຄວາມ ອົດທົນ ຂອງ ລັງສີ ແລະ ຄວາມ ປອດ ໄພ ຂອງ ລະບົບ ໂດຍ ທົ່ວ ໄປ.

FPGA ທີ່ອີງໃສ່ SRAM

ຊະນິດເຫຼົ່ານີ້ເປັນຊະນິດທີ່ທໍາມະດາແລະສາມາດໃຊ້ໄດ້ຫຼາຍທີ່ສຸດ. ຂໍ້ມູນການຕັ້ງຄ່າຖືກເກັບໄວ້ໃນຈຸລັງ SRAM ທີ່ປ່ຽນແປງ, ຊຶ່ງຈະສູນເສຍເນື້ອໃນຂອງມັນເມື່ອໄຟຟ້າຖືກຖອດອອກ. ເມື່ອເລີ່ມຕົ້ນ, FPGA ຈະບັນຈຸ bitstream ການຕັ້ງຄ່າຂອງມັນຈາກຄວາມຊົງຈໍາພາຍນອກຫຼືຜູ້ຄວບຄຸມ. ມັນສະເຫນີຄວາມປັບປ່ຽນທີ່ສູງສຸດ, ອະນຸຍາດໃຫ້ມີການຕັ້ງຄ່າໃຫມ່ເລື້ອຍໆ ແລະ ປັບປຸງການອອກແບບຢ່າງວ່ອງໄວ, ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບການສ້າງຕົ້ນແບບ ແລະ ໂປຣແກຣມທີ່ມີພະລັງ.

FPGA Antifuse

ອຸປະກອນ antifuse ໃຊ້ສາຍໄຟຟ້າຖາວອນທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງການຂຽນໂປຣແກຣມ. ເມື່ອ ຖືກ ຈັດ ຕັ້ງ ໄວ້ ແລ້ວ, ມັນ ຈະ ບໍ່ ສາມາດ ປ່ຽນ ແປງ ໄດ້, ເຮັດ ໃຫ້ ມັນ ເປັນ ໂປຣແກຣມ ເທື່ອ ດຽວ (OTP). ໂຄງ ຮ່າງ ຂອງ ມັນ ມີ ຄວາມ ປອດ ໄພ ແລະ ຕ້ານ ທານ ກັບ ລັງສີ, ຊຶ່ງ ເຮັດ ໃຫ້ ມັນ ເປັນ ທີ່ ນິຍົມ ຊົມ ຊອບ ໃນ ອາ ວະ ກາດ, ການ ປ້ອງ ກັນ ແລະ ລະບົບ ທີ່ ສໍາຄັນ ໃນ ເຂດ ເຜີຍ ແຜ່ ບ່ອນ ທີ່ ຄວາມ ໄວ້ ວາງ ໃຈ ຫລາຍ ກວ່າ ການ ຕັ້ງ ຄ່າ ໃຫມ່.

FPGA ທີ່ອີງໃສ່ Flash

FPGA ທີ່ອີງໃສ່ Flash ເກັບຕັ້ງຄ່າໄວ້ໃນຄວາມຊົງຈໍາ flash ທີ່ບໍ່ປ່ຽນແປງໂດຍກົງໃນຊິບ. ເຂົາເຈົ້າຮັກສາການຕັ້ງຄ່າໄວ້ເຖິງແມ່ນວ່າຈະປິດແລະສະເຫນີຄວາມສາມາດທັນທີໂດຍບໍ່ຕ້ອງໃຊ້ຄວາມຊົງຈໍາການຕັ້ງຄ່າພາຍນອກ. ມັນສາມາດຕັ້ງໂປຣແກຣມໄດ້ແຕ່ມີວົງຈອນຈໍາກັດເມື່ອສົມທຽບກັບປະເພດ SRAM, ໃຫ້ຄວາມສົມດຸນທີ່ດີລະຫວ່າງການປັບປ່ຽນແລະການເລີ່ມຕົ້ນໄວ.

FPGA ທີ່ອີງໃສ່ EEPROM

ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ໃຊ້ຈຸລັງ EEPROM on-chip ສໍາລັບການເກັບກໍາຂໍ້ມູນ. ເຊັ່ນດຽວກັບ flash FPGAs, ມັນບໍ່ປ່ຽນແປງແລະສາມາດຕັ້ງໂປຣແກຣມໃຫມ່ໄດ້ຫຼາຍເທື່ອ. EEPROM FPGAs ທົນທານ ແລະ ໄວ້ວາງໃຈໄດ້, ເຫມາະສົມສໍາລັບລະບົບຝັງແລະອຸດສະຫະກໍາທີ່ຕ້ອງການການຂຽນໂປຣແກຣມໃຫມ່ ແລະ ການເກັບຮັກສາຂໍ້ມູນໃນລະດັບພໍດີ.

FPGA ປະສົມ

Hybrid FPGAs ລວມເອົາ SRAM ແລະ ການເກັບຮັກສາທີ່ບໍ່ປ່ຽນແປງເຊັ່ນ flash ເພື່ອບັນລຸທັງຄວາມປັບປ່ຽນແລະປະສິດທິພາບທັນທີ. ສ່ວນ SRAM ໃຫ້ການຕັ້ງຄ່າໃຫມ່, ໃນຂະນະທີ່ພາກ flash ມີການຕັ້ງຄ່າເລີ່ມຕົ້ນ, ອະນຸຍາດໃຫ້ເລີ່ມລະບົບໄດ້ໄວໂດຍບໍ່ຕ້ອງໃຊ້ຄວາມຊົງຈໍາພາຍນອກ. ມັນ ເຫມາະ ສົມ ສໍາລັບ ການ ອອກ ແບບ ທີ່ ມີ ພະລັງ ຕ່ໍາ ຫລື ສໍາຄັນ ຕໍ່ ຄວາມ ປອດ ໄພ ບ່ອນ ທີ່ ຕ້ອງ ມີ ການ ເລີ່ມຕົ້ນ ແລະ ການ ປັບ ຕົວ ຢ່າງ ວ່ອງໄວ.

FPGA vs ASIC vs Microcontroller

ເຄື່ອງມືພັດທະນາ FPGA

ການອອກແບບ FPGA ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຊຸດໂປຣແກຣມພິເສດທີ່ກວມເອົາທຸກຂັ້ນຕອນຂອງການພັດທະນາ ເຊັ່ນ: ການປະສົມ, ການວິເຄາະ, ການວິເຄາະເວລາ, ສະຖານທີ່ແລະເສັ້ນທາງ ແລະ ໂປຣແກຣມອຸປະກອນສຸດທ້າຍ. ເຄື່ອງມືທີ່ລວມເຂົ້າກັນເຫຼົ່ານີ້ຍັງສະເຫນີການແກ້ໄຂ, ການຕິດຕາມຮາດແວຣ໌ ແລະ ການປັບປຸງຜົນປະໂຫຍດເພື່ອເຮັດໃຫ້ວຽກງານງ່າຍຂຶ້ນ.

ເຄື່ອງມື FPGA ສໍາຄັນ:

• Xilinx (AMD): Vivado Design Suite ແລະ ISE WebPACK ສະຫນັບສະຫນູນການອອກແບບຜ່ານ HDL ຫຼື block diagrams, ໃຫ້ການປັບປຸງເວລາທີ່ກ້າວຫນ້າ, ການລວມເຂົ້າກັບ IP ແລະ ເຄື່ອງມືແກ້ໄຂຂໍ້ມູນໃນຊິບເຊັ່ນ ChipScope.

• Intel: Quartus Prime ສະເຫນີລະບົບທີ່ເປັນເອກະພາບສໍາລັບການອອກແບບ, ການສັງລວມ ແລະ ການກວດສອບ HDL, ມີເຄື່ອງມືເຊັ່ນ Signal Tap ສໍາລັບການແກ້ໄຂທັນທີ ແລະ Platform Designer ສໍາລັບການລວມລະບົບ.

• Lattice Semiconductor: ເຄື່ອງມື Radiant ແລະ Diamond ເຈາະຈົງໃສ່ອຸປະກອນທີ່ມີພະລັງຕ່ໍາ ແລະ ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ສະເຫນີສະພາບແວດລ້ອມການອອກແບບຮູບພາບ ແລະ ລັກສະນະການວິເຄາະພະລັງງານ.

• Microchip (Microsemi): Libero SoC ລວມເອົາເຄື່ອງມື synthesis, simulation ແລະ SmartDebug ສໍາລັບ PolarFire ແລະ IGLOO FPGA ຂອງບໍລິສັດ.

ເຄື່ອງມືສ່ວນຫຼາຍຍັງລວມເອົາແກນ IP ທີ່ໄດ້ຮັບການຢືນຢັນກ່ອນສໍາລັບ interface (SPI, UART, PCIe, Ethernet), DSP blocks ແລະ ຄວບຄຸມຄວາມຊົງຈໍາ, ເຮັດໃຫ້ການອອກແບບຄືນຢ່າງວ່ອງໄວ ແລະ ລົດເວລາໄປສູ່ຕະຫຼາດ. ນອກຈາກນັ້ນ, ສະພາບແວດລ້ອມການจําลองເຊັ່ນ ModelSim ຫຼື Vivado Simulator ຊ່ວຍກວດສອບເຫດຜົນກ່ອນການທົດສອບຮາດແວຣ໌.

ຜູ້ຜະລິດ FPGA ທີ່ນໍາພາ

ຕະຫຼາດ FPGA ທົ່ວໂລກຖືກຄອບງໍາໂດຍຜູ້ຜະລິດຫຼັກສອງສາມຄົນ, ແຕ່ລະຄົນຊ່ຽວຊານໃນລະດັບປະສິດທິພາບແລະຂອບເຂດຂອງໂປຣແກຣມ. ຕະກຸນຜະລິດຕະພັນຂອງເຂົາເຈົ້າແຕກຕ່າງກັນໃນຄວາມຫນາແຫນ້ນທາງດ້ານເຫດຜົນ, ປະສິດທິພາບຂອງພະລັງງານ, ລັກສະນະທີ່ຝັງຕົວ ແລະ ອຸດສະຫະກໍາເປົ້າຫມາຍ.

ຂໍ້ທ້າທາຍທົ່ວໄປໃນການອອກແບບ FPGA

ການອອກແບບລະບົບ FPGA ກ່ຽວຂ້ອງກັບຄວາມສົມດຸນຂອງຄວາມໄວ, ພະລັງ ແລະ ການນໍາໃຊ້ເຫດຜົນ. ການ ທ້າ ທາຍ ທົ່ວ ໄປ ແມ່ນ ຮ່ວມ ດ້ວຍ:

• Timing Closure: ເຮັດໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າເສັ້ນທາງ logic ທັງຫມົດບັນລຸຕາມຂໍ້ຮຽກຮ້ອງຂອງເວລາການຕັ້ງຄ່າ / ຢັບຢັ້ງໃນຫລາຍໆ clock domains.

• ການຈັດການພະລັງງານ ແລະ ຄວາມຮ້ອນ: ການນໍາໃຊ້ສູງຈະເພີ່ມພະລັງທີ່ເຂັ້ມແຂງ; ເຕັກນິກ ດັ່ງ ເຊັ່ນ ປະຕູ ໂມງ ແລະ ການ ວາງ ພະລັງ ຈະ ຫລຸດຜ່ອນ ຄວາມ ຮ້ອນ.

• ການນໍາໃຊ້ຊັບພະຍາກອນ: ການໃຊ້ LUTs, BRAM ແລະ DSP blocks ຢ່າງມີປະສິດທິພາບຈະປ້ອງກັນຄວາມອັດສະຈັນຫຼືການນໍາໃຊ້ຫນ້ອຍ.

• ຄວາມສະຫຼັບຊັບຊ້ອນໃນການອອກແບບ: ການແປ algorithm ໃຫ້ເປັນຮາດແວຣ໌ແບບຄຽງຄູ່ກັນຮຽກຮ້ອງຄວາມຊໍານານ HDL ແລະ ເວລາທີ່ເຂັ້ມແຂງ.

ແນວໂນ້ມ FPGA ໃນອະນາຄົດ

FPGA ກໍາລັງ ພັດທະນາ ຈາກ ອຸປະກອນ logic ທີ່ ສາມາດ ປ່ຽນ ແປງ ໄດ້ ໄປ ສູ່ ລະບົບ ຄອມ ພິວ ເຕີ ປະສົມ ເຕັມທີ່. ການ ພັດທະນາ ທີ່ ສໍາຄັນ ແມ່ນ ຮ່ວມ ດ້ວຍ:

• AI ແລະ ML Acceleration: ການລວມເອົາເຄື່ອງຈັກຄອມພິວເຕີ matrix ແລະ tensor ສໍາລັບເຄືອຂ່າຍປະສາດແລະການວິເຄາະ.

• Hybrid SoC Platforms: Embedded CPU cores (ຕົວຢ່າງ: ARM Cortex) ປະກອບກັບ FPGA logic ສໍາລັບການອອກແບບໂປຣແກຣມ-ຮາດແວຣ໌ທີ່ເປັນເອກະພາບ.

• Advanced Semiconductor Nodes: 7 nm ແລະ ຮູບຮ່າງທີ່ນ້ອຍກວ່າຈະເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນ, ປະສິດທິພາບ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງພະລັງງານ.

• Partial and Dynamic Reconfiguration: ອະນຸຍາດໃຫ້ປັບປຸງພາກສ່ວນຕ່າງໆຂອງຮາດແວຣ໌ໃນເວລາຈິງສໍາລັບລະບົບທີ່ປັບປ່ຽນໄດ້ແລະພາລະກິດທີ່ສໍາຄັນ.

• Cloud-Hosted FPGA Services: ລະບົບເຊັ່ນ AWS F1 ແລະ Azure NP ລວມເອົາ FPGA ເພື່ອການເລັ່ງໄວຕາມຄວາມຕ້ອງການທີ່ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້.

ການສະຫລຸບ

FPGA ເຊື່ອມຕໍ່ຄວາມສາມາດໃນການປັບປ່ຽນຂອງໂປຣແກຣມ ແລະ ຄວາມແນ່ນອນຂອງຮາດແວຣ໌, ສົ່ງເສີມຄອມພິວເຕີລຸ້ນໃຫມ່ດ້ວຍຄວາມປັບປ່ຽນແລະຄວາມໄວທີ່ບໍ່ມີໃຜທຽບໄດ້. ຂະນະທີ່ເຕັກໂນໂລຊີພັດທະນາໄປສູ່ການເລັ່ງໄວ AI, Hybrid SoC ແລະ Real-time edge intelligence, FPGAs ສືບຕໍ່ພິສູດຄຸນຄ່າຂອງເຂົາເຈົ້າ, ສະເຫນີການແກ້ໄຂທີ່ພ້ອມສໍາລັບອະນາຄົດທີ່ປັບປ່ຽນ, ຂະຫຍາຍຕົວ ແລະ ພັດທະນາໃຫມ່ຄຽງຄູ່ກັບສະພາບການທາງດ້ານຄອມພິວເຕີທີ່ປ່ຽນແປງຢ່າງວ່ອງໄວ.

ຄໍາຖາມທີ່ຖາມເລື້ອຍໆ [FAQ]

ພາສາໃດທີ່ໃຊ້ໃນການຂຽນໂປຣແກຣມ FPGA?

FPGA ຕາມປົກກະຕິແລ້ວຈະຖືກຕັ້ງໂປຣແກຣມໂດຍໃຊ້ Hardware Description Languages (HDLs) ເຊັ່ນ VHDL ແລະ Verilog. ພາສາເຫຼົ່ານີ້ອະທິບາຍພຶດຕິກໍາແລະໂຄງສ້າງຂອງຫມວດແທນທີ່ຈະເປັນຄໍາສັ່ງຕາມລໍາດັບ. ເຄື່ອງມືສະໄຫມໃຫມ່ຍັງສະຫນັບສະຫນູນການສັງລວມລະດັບສູງ (HLS) ເຊິ່ງອະນຸຍາດໃຫ້ຜູ້ພັດທະນາໃຊ້ C / C ++ ຫຼື Python ເພື່ອສ້າງ HDL ໂດຍອັດຕະໂນມັດ.

FPGA ສາມາດໃຊ້ລະບົບປະຕິບັດການຄືກັບ CPU ໄດ້ບໍ?

ບໍ່, FPGA ບໍ່ໄດ້ໃຊ້ລະບົບປະຕິບັດການເພາະມັນໃຊ້ຫມວດຮາດແວຣ໌, ບໍ່ແມ່ນ pipeline ຄໍາສັ່ງ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍຕາມ, SoC FPGA (ເຊັ່ນ Xilinx Zynq) ລວມເອົາໂປຣແກຣມ ARM, ອະນຸຍາດໃຫ້ Linux ຫຼື embedded OSes ແລ່ນຄຽງຄູ່ກັບໂປຣແກຣມສໍາລັບການອອກແບບຮາດແວຣ໌-ໂປຣແກຣມ.

FPGA ແຕກຕ່າງຈາກ GPU ແນວໃດ?

GPU ຖືກປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດສໍາລັບການດໍາເນີນການທາງດ້ານຄະນິດສາດແບບຄຽງຄູ່ກັນໃນສະຖາປະນິກທີ່ຫມັ້ນຄົງ, ໃນຂະນະທີ່ FPGA ອະນຸຍາດໃຫ້ຜູ້ອອກແບບສ້າງລະບົບຮາດແວຣ໌ທີ່ເຫມາະສົມກັບວຽກງານສະເພາະ. FPGA ໃຫ້ຄວາມຊັກຊ້າທີ່ຕ່ໍາກວ່າ ແລະ ການກໍານົດທີ່ສູງກວ່າ, ໃນຂະນະທີ່ GPU ດີເລີດໃນປະສິດທິພາບ throughput ແລະ floating-point ສໍາລັບວຽກງານ AI ແລະ ຮູບພາບ.

ເປັນຫຍັງ FPGA ຈຶ່ງສໍາຄັນໃນ AI ແລະ machine learning?

FPGA ເຮັດໃຫ້ມີໂຄງສ້າງຂໍ້ມູນທີ່ເຫມາະສົມກັບແບບຢ່າງຂອງເຄືອຂ່າຍປະສາດສະຫມອງຢ່າງຖືກຕ້ອງ, ຫລຸດຜ່ອນຄວາມຊັກຊ້າ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງພະລັງງານສູງສຸດ. ມັນ ຖືກ ໃຊ້ ສໍາລັບ ການ ອ້າງ ອີງ ຂອງ AI, ການ ວິເຄາະ ໃນ ເວລາ ຈິງ ແລະ ຄວາມ ຮູ້ ແຈ້ງ ຂອງ edge ບ່ອນ ທີ່ ການ ປັບປຸງ, ການ ຍົກ ລະດັບ ແລະ ພະລັງ ຕ່ໍາ ມີ ຄວາມ ສໍາຄັນ ຫລາຍ ກວ່າ ຄວາມ ຫນາ ແຫນ້ນ ຂອງ ຄອມ ພິວ ເຕີ.

ທ່ານ ຈະ ປັບປຸງ ຫລື ຈັດ ໂຄງການ FPGA ໃຫມ່ ໃນ ທົ່ງ ນາ ໄດ້ ແນວ ໃດ?

FPGA ຖືກຕັ້ງໂປຣແກຣມໃຫມ່ໂດຍການອັບໂຫຼດໄຟລ໌ bitstream ໃຫມ່ ເຊິ່ງຕາມປົກກະຕິແລ້ວຈະສ້າງຈາກເຄື່ອງມືອອກແບບ HDL ຫຼື HLS. ການປັບປຸງນີ້ສາມາດເກີດຂຶ້ນຜ່ານ JTAG, flash memory ຫຼື ຕັ້ງຄ່າທາງໄກຜ່ານ Ethernet. ການຕັ້ງໂປຣແກຣມໃຫມ່ດັ່ງກ່າວອະນຸຍາດໃຫ້ມີການປັບປຸງລັກສະນະໃນລະດັບຮາດແວຣ໌ໂດຍບໍ່ຕ້ອງປ່ຽນແທນ chip.