(కొత్తది & అసలైనది) స్టాక్‌లో 3S200A-4FTG256C IC చిప్ XC3S200A-4FTG256C

ఉత్పత్తి లక్షణాలు

 ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ అర్రే

 ఎఫీల్డ్-ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ అర్రే(FPGA) ఒకఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్తయారీ తర్వాత కస్టమర్ లేదా డిజైనర్ ద్వారా కాన్ఫిగర్ చేయడానికి రూపొందించబడింది - అందుకే ఈ పదంఫీల్డ్-ప్రోగ్రామబుల్.FPGA కాన్ఫిగరేషన్ సాధారణంగా aని ఉపయోగించి పేర్కొనబడుతుందిహార్డ్వేర్ వివరణ భాష(HDL), ఒక కోసం ఉపయోగించిన మాదిరిగానేఅప్లికేషన్-నిర్దిష్ట ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్(ASIC).సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రాలుకాన్ఫిగరేషన్‌ను పేర్కొనడానికి గతంలో ఉపయోగించబడ్డాయి, అయితే ఇది రాక కారణంగా చాలా అరుదుఎలక్ట్రానిక్ డిజైన్ ఆటోమేషన్ఉపకరణాలు.

FPGAలు శ్రేణిని కలిగి ఉంటాయిప్రోగ్రామబుల్ లాజిక్ బ్లాక్స్, మరియు పునర్నిర్మించదగిన ఇంటర్‌కనెక్ట్‌ల యొక్క సోపానక్రమం బ్లాక్‌లను వైర్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.లాజిక్ బ్లాక్‌లను కాంప్లెక్స్‌ని నిర్వహించడానికి కాన్ఫిగర్ చేయవచ్చుకలయిక విధులు, లేదా సింపుల్ గా వ్యవహరించండిలాజిక్ గేట్లుఇష్టంమరియుమరియుXOR.చాలా FPGAలలో, లాజిక్ బ్లాక్‌లు కూడా ఉంటాయిమెమరీ అంశాలు, ఇది సాధారణమైనది కావచ్చుఫ్లిప్-ఫ్లాప్స్లేదా మరిన్ని పూర్తి మెమరీ బ్లాక్‌లు.^[1]అనేక FPGAలు వేర్వేరుగా అమలు చేయడానికి రీప్రోగ్రామ్ చేయబడతాయిలాజిక్ విధులు, అనువైన అనుమతిస్తుందిపునర్నిర్మించదగిన కంప్యూటింగ్లో ప్రదర్శించినట్లుకంప్యూటర్ సాఫ్ట్ వేర్.

FPGA లకు విశేషమైన పాత్ర ఉందిపొందుపర్చిన వ్యవస్థహార్డ్‌వేర్‌తో ఏకకాలంలో సిస్టమ్ సాఫ్ట్‌వేర్ డెవలప్‌మెంట్‌ను ప్రారంభించడం, డెవలప్‌మెంట్ యొక్క ప్రారంభ దశలో సిస్టమ్ పనితీరు అనుకరణలను ప్రారంభించడం మరియు సిస్టమ్ ఆర్కిటెక్చర్‌ను ఖరారు చేసే ముందు వివిధ సిస్టమ్ ట్రయల్స్ మరియు డిజైన్ పునరావృతాలను అనుమతించడం వంటి వాటి సామర్థ్యం కారణంగా అభివృద్ధి.^[2]

చరిత్ర[సవరించు]

FPGA పరిశ్రమ నుండి ఉద్భవించిందిప్రోగ్రామబుల్ రీడ్-ఓన్లీ మెమరీ(PROM) మరియుప్రోగ్రామబుల్ లాజిక్ పరికరాలు(PLDలు).PROMలు మరియు PLDలు రెండూ ఫ్యాక్టరీలో లేదా ఫీల్డ్‌లో (ఫీల్డ్-ప్రోగ్రామబుల్) బ్యాచ్‌లలో ప్రోగ్రామ్ చేయబడే ఎంపికను కలిగి ఉన్నాయి.^[3]

ఆల్టెరా1983లో స్థాపించబడింది మరియు 1984లో పరిశ్రమ యొక్క మొట్టమొదటి రీప్రొగ్రామబుల్ లాజిక్ పరికరాన్ని పంపిణీ చేసింది - EP300 - ఇది ప్యాకేజిలో క్వార్ట్జ్ విండోను కలిగి ఉంది, దీని వలన వినియోగదారులు డైపై అతినీలలోహిత దీపాన్ని ప్రకాశింపజేయడానికి అనుమతించారు.EPROMపరికర కాన్ఫిగరేషన్‌ను కలిగి ఉన్న సెల్‌లు.^[4]

Xilinxమొదటి వాణిజ్యపరంగా ఆచరణీయమైన ఫీల్డ్-ప్రోగ్రామబుల్‌ను ఉత్పత్తి చేసిందిగేట్ శ్రేణి1985లో^[3]- XC2064.^[5]XC2064 ప్రోగ్రామబుల్ గేట్లు మరియు గేట్ల మధ్య ప్రోగ్రామబుల్ ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లను కలిగి ఉంది, కొత్త సాంకేతికత మరియు మార్కెట్‌కు నాంది.^[6]XC2064 రెండు మూడు-ఇన్‌పుట్‌లతో 64 కాన్ఫిగర్ చేయదగిన లాజిక్ బ్లాక్‌లను (CLBలు) కలిగి ఉంది.శోధన పట్టికలు(LUTలు).^[7]

1987లో, దినావల్ సర్ఫేస్ వార్‌ఫేర్ సెంటర్600,000 రీప్రొగ్రామబుల్ గేట్‌లను అమలు చేసే కంప్యూటర్‌ను అభివృద్ధి చేయడానికి స్టీవ్ కాసెల్‌మాన్ ప్రతిపాదించిన ప్రయోగానికి నిధులు సమకూర్చారు.కాసెల్‌మాన్ విజయవంతమయ్యాడు మరియు సిస్టమ్‌కు సంబంధించిన పేటెంట్ 1992లో జారీ చేయబడింది.^[3]

Altera మరియు Xilinx సవాలు లేకుండా కొనసాగాయి మరియు 1985 నుండి 1990ల మధ్యకాలం వరకు పోటీదారులు మొలకెత్తినప్పుడు త్వరగా అభివృద్ధి చెందారు, వారి మార్కెట్ వాటాలో గణనీయమైన భాగాన్ని నాశనం చేశారు.1993 నాటికి, అక్టెల్ (ఇప్పుడుమైక్రోసెమి) మార్కెట్‌లో దాదాపు 18 శాతం సేవలందిస్తోంది.^[6]

1990వ దశకం FPGAలకు సర్క్యూట్ అధునాతనత మరియు ఉత్పత్తి పరిమాణం రెండింటిలోనూ వేగవంతమైన వృద్ధి కాలం.1990ల ప్రారంభంలో, FPGAలు ప్రధానంగా ఉపయోగించబడ్డాయిటెలికమ్యూనికేషన్స్మరియునెట్వర్కింగ్.దశాబ్దం చివరి నాటికి, FPGAలు వినియోగదారు, ఆటోమోటివ్ మరియు పారిశ్రామిక అనువర్తనాల్లోకి ప్రవేశించాయి.^[8]

2013 నాటికి, Altera (31 శాతం), Actel (10 శాతం) మరియు Xilinx (36 శాతం) కలిసి FPGA మార్కెట్‌లో దాదాపు 77 శాతం ప్రాతినిధ్యం వహించాయి.^[9]

మైక్రోసాఫ్ట్ వంటి కంపెనీలు అధిక-పనితీరు, గణనపరంగా ఇంటెన్సివ్ సిస్టమ్‌లను వేగవంతం చేయడానికి FPGAలను ఉపయోగించడం ప్రారంభించాయి (వంటివిడేటా కేంద్రాలువారి పనిబింగ్ శోధన ఇంజిన్), కారణంగా, కారణం చేతవాట్‌కు పనితీరుప్రయోజనం FPGAలు అందజేస్తాయి.^[10]మైక్రోసాఫ్ట్ FPGAలను ఉపయోగించడం ప్రారంభించిందివేగవంతం2014లో బింగ్, మరియు 2018లో ఇతర డేటా సెంటర్ వర్క్‌లోడ్‌ల కోసం FPGAలను అమలు చేయడం ప్రారంభించింది.నీలవర్ణం క్లౌడ్ కంప్యూటింగ్వేదిక.^[11]

క్రింది కాలక్రమాలు FPGA డిజైన్ యొక్క వివిధ అంశాలలో పురోగతిని సూచిస్తాయి:

గేట్లు

• 1987: 9,000 గేట్లు, Xilinx^[6]
• 1992: 600,000, నావల్ సర్ఫేస్ వార్‌ఫేర్ డిపార్ట్‌మెంట్^[3]
• 2000ల ప్రారంభం: మిలియన్లు^[8]
• 2013: 50 మిలియన్, Xilinx^[12]

మార్కెట్ పరిమాణం

• 1985: మొదటి వాణిజ్య FPGA : Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: $14 మిలియన్^[6]
• సి.1993: >$385 మిలియన్^{[6][విఫలమైన ధృవీకరణ]}
• 2005: $1.9 బిలియన్^[13]
• 2010 అంచనాలు: $2.75 బిలియన్లు^[13]
• 2013: $5.4 బిలియన్^[14]
• 2020 అంచనా: $9.8 బిలియన్^[14]

డిజైన్ ప్రారంభమవుతుంది

ఎడిజైన్ ప్రారంభంFPGAలో అమలు చేయడానికి కొత్త అనుకూల రూపకల్పన.

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

రూపకల్పన[సవరించు]

సమకాలీన FPGAలు పెద్ద వనరులను కలిగి ఉన్నాయిలాజిక్ గేట్లుమరియు సంక్లిష్ట డిజిటల్ గణనలను అమలు చేయడానికి RAM బ్లాక్‌లు.FPGA డిజైన్‌లు చాలా వేగంగా I/O రేట్లు మరియు ద్వి దిశాత్మక డేటాను ఉపయోగిస్తాయిబస్సులు, సెటప్ సమయం మరియు హోల్డ్ టైమ్‌లో చెల్లుబాటు అయ్యే డేటా యొక్క సరైన సమయాన్ని ధృవీకరించడం సవాలుగా మారుతుంది.

ఫ్లోర్ ప్లానింగ్ఈ సమయ పరిమితులను తీర్చడానికి FPGAలలో వనరుల కేటాయింపును ప్రారంభిస్తుంది.ఏదైనా లాజికల్ ఫంక్షన్‌ని అమలు చేయడానికి FPGAలను ఉపయోగించవచ్చుASICప్రదర్శించగలరు.షిప్పింగ్ తర్వాత కార్యాచరణను నవీకరించగల సామర్థ్యం,పాక్షిక రీ-కాన్ఫిగరేషన్డిజైన్ యొక్క ఒక భాగం^[17]మరియు ASIC డిజైన్‌కి సంబంధించి తక్కువ పునరావృతం కాని ఇంజనీరింగ్ ఖర్చులు (సాధారణంగా ఎక్కువ యూనిట్ ధర ఉన్నప్పటికీ), అనేక అప్లికేషన్‌లకు ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి.^[1]

కొన్ని FPGAలు డిజిటల్ ఫంక్షన్‌లతో పాటు అనలాగ్ ఫీచర్‌లను కలిగి ఉంటాయి.అత్యంత సాధారణ అనలాగ్ ఫీచర్ ప్రోగ్రామబుల్స్లెవ్ రేటుప్రతి అవుట్‌పుట్ పిన్‌పై, ఇంజనీర్ తేలికగా లోడ్ చేయబడిన పిన్‌లపై తక్కువ రేట్లను సెట్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.రింగ్లేదాజంటఆమోదయోగ్యం కాదు, మరియు చాలా నెమ్మదిగా అమలు అయ్యే హై-స్పీడ్ ఛానెల్‌లలో భారీగా లోడ్ చేయబడిన పిన్‌లపై అధిక రేట్లను సెట్ చేయడం.^[18][19]క్వార్ట్జ్-క్రిస్టల్ ఓసిలేటర్లు, ఆన్-చిప్ రెసిస్టెన్స్-కెపాసిటెన్స్ ఓసిలేటర్లు మరియుదశ-లాక్ చేయబడిన ఉచ్చులుఎంబెడెడ్ తోవోల్టేజ్-నియంత్రిత ఓసిలేటర్లుగడియార ఉత్పత్తి మరియు నిర్వహణ కోసం అలాగే హై-స్పీడ్ సీరియలైజర్-డీరియలైజర్ (SERDES) ట్రాన్స్‌మిట్ క్లాక్‌లు మరియు రిసీవర్ క్లాక్ రికవరీ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది.చాలా సాధారణం అవకలనపోలికలుకనెక్ట్ చేయడానికి రూపొందించబడిన ఇన్‌పుట్ పిన్‌లపైఅవకలన సిగ్నలింగ్ఛానెల్‌లు.కొన్ని "మిశ్రమ సిగ్నల్FPGAలు” సమగ్ర పరిధీయతను కలిగి ఉన్నాయిఅనలాగ్-టు-డిజిటల్ కన్వర్టర్లు(ADCలు) మరియుడిజిటల్-టు-అనలాగ్ కన్వర్టర్లు(DACలు) అనలాగ్ సిగ్నల్ కండిషనింగ్ బ్లాక్‌లతో వాటిని ఆపరేట్ చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది aసిస్టమ్-ఆన్-ఎ-చిప్(SoC).^[20]ఇటువంటి పరికరాలు దాని అంతర్గత ప్రోగ్రామబుల్ ఇంటర్‌కనెక్ట్ ఫాబ్రిక్‌పై డిజిటల్ వాటిని మరియు సున్నాలను కలిగి ఉండే FPGA మధ్య రేఖను అస్పష్టం చేస్తాయి మరియుఫీల్డ్-ప్రోగ్రామబుల్ అనలాగ్ అర్రే(FPAA), ఇది దాని అంతర్గత ప్రోగ్రామబుల్ ఇంటర్‌కనెక్ట్ ఫాబ్రిక్‌పై అనలాగ్ విలువలను కలిగి ఉంటుంది.

లాజిక్ బ్లాక్‌లు[సవరించు]

ప్రధాన వ్యాసం:లాజిక్ బ్లాక్

లాజిక్ సెల్ యొక్క సరళీకృత ఉదాహరణ ఇలస్ట్రేషన్ (LUT -శోధన పట్టిక, FA -పూర్తి యాడర్, DFF -డి-టైప్ ఫ్లిప్-ఫ్లాప్)

అత్యంత సాధారణ FPGA ఆర్కిటెక్చర్ శ్రేణిని కలిగి ఉంటుందిలాజిక్ బ్లాక్స్(విక్రయదారుని బట్టి కాన్ఫిగర్ చేయదగిన లాజిక్ బ్లాక్‌లు, CLBలు లేదా లాజిక్ అర్రే బ్లాక్‌లు, LABలు అని పిలుస్తారు)I/O ప్యాడ్‌లు, మరియు రూటింగ్ ఛానెల్‌లు.^[1]సాధారణంగా, అన్ని రూటింగ్ ఛానెల్‌లు ఒకే వెడల్పును కలిగి ఉంటాయి (వైర్ల సంఖ్య).బహుళ I/O ప్యాడ్‌లు శ్రేణిలోని ఒక అడ్డు వరుస ఎత్తు లేదా ఒక నిలువు వరుస వెడల్పుకు సరిపోవచ్చు.

“అప్లికేషన్ సర్క్యూట్ తప్పనిసరిగా తగిన వనరులతో FPGAకి మ్యాప్ చేయబడాలి.అవసరమైన CLBలు/LABలు మరియు I/Oల సంఖ్య డిజైన్ నుండి సులభంగా నిర్ణయించబడుతుంది, అదే మొత్తంలో లాజిక్ ఉన్న డిజైన్‌లలో కూడా అవసరమైన రూటింగ్ ట్రాక్‌ల సంఖ్య గణనీయంగా మారవచ్చు.(ఉదాహరణకు, ఎక్రాస్ బార్ స్విచ్a కంటే చాలా ఎక్కువ రూటింగ్ అవసరంసిస్టోలిక్ శ్రేణిఅదే గేట్ కౌంట్ తో.ఉపయోగించని రూటింగ్ ట్రాక్‌లు ఎటువంటి ప్రయోజనాన్ని అందించకుండా భాగం యొక్క ధరను పెంచుతాయి (మరియు పనితీరును తగ్గిస్తాయి), FPGA తయారీదారులు తగినంత ట్రాక్‌లను అందించడానికి ప్రయత్నిస్తారు, తద్వారా చాలా డిజైన్‌లు పరంగా సరిపోతాయి.శోధన పట్టికలు(LUTలు) మరియు I/Oలు కావచ్చుదారి మళ్లింది.నుండి వచ్చిన వాటి వంటి అంచనాల ద్వారా ఇది నిర్ణయించబడుతుందిఅద్దె నియమంలేదా ఇప్పటికే ఉన్న డిజైన్లతో ప్రయోగాల ద్వారా."^[21]2018 నాటికి,నెట్‌వర్క్-ఆన్-చిప్రూటింగ్ మరియు ఇంటర్‌కనెక్షన్ కోసం నిర్మాణాలు అభివృద్ధి చేయబడుతున్నాయి.^{[వివరణ అవసరం]}

సాధారణంగా, లాజిక్ బ్లాక్ కొన్ని లాజికల్ సెల్‌లను కలిగి ఉంటుంది (ALM, LE, స్లైస్ మొదలైనవి).ఒక సాధారణ సెల్ 4-ఇన్‌పుట్ LUTని కలిగి ఉంటుంది, aపూర్తి యాడర్(FA) మరియు aడి-టైప్ ఫ్లిప్-ఫ్లాప్.ఇవి రెండు 3-ఇన్‌పుట్ LUTలుగా విభజించబడవచ్చు.లోసాధారణ మోడ్అవి మొదటిదాని ద్వారా 4-ఇన్‌పుట్ LUTగా మిళితం చేయబడ్డాయిమల్టీప్లెక్సర్(ముక్స్).లోఅంకగణితంమోడ్, వాటి అవుట్‌పుట్‌లు యాడర్‌కు అందించబడతాయి.మోడ్ ఎంపిక రెండవ మక్స్‌లో ప్రోగ్రామ్ చేయబడింది.అవుట్‌పుట్ ఏదైనా కావచ్చుసమకాలికలేదాఅసమకాలిక, మూడవ మక్స్ యొక్క ప్రోగ్రామింగ్ ఆధారంగా.ఆచరణలో, యాడర్ యొక్క మొత్తం లేదా భాగాలువిధులుగా నిల్వ చేయబడుతుందిసేవ్ చేయడానికి LUTలలోకిస్థలం.^[22][23][24]

హార్డ్ బ్లాక్స్[సవరించు]

ఆధునిక FPGA కుటుంబాలు సిలికాన్‌లో స్థిరంగా ఉన్న ఉన్నత స్థాయి కార్యాచరణను చేర్చడానికి పై సామర్థ్యాలపై విస్తరించాయి.ఈ సాధారణ విధులను సర్క్యూట్‌లో పొందుపరచడం వలన అవసరమైన ప్రాంతాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు తార్కిక ఆదిమాంశాల నుండి వాటిని నిర్మించడంతో పోలిస్తే ఆ ఫంక్షన్‌లకు వేగాన్ని పెంచుతుంది.వీటికి ఉదాహరణలు ఉన్నాయిగుణకాలు, సాధారణDSP బ్లాక్స్,ఎంబెడెడ్ ప్రాసెసర్లు, హై స్పీడ్ I/O లాజిక్ మరియు ఎంబెడెడ్జ్ఞాపకాలు.

అధిక-ముగింపు FPGAలు అధిక వేగాన్ని కలిగి ఉంటాయిబహుళ-గిగాబిట్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌లుమరియుహార్డ్ IP కోర్లువంటివిప్రాసెసర్ కోర్లు,ఈథర్నెట్ మీడియం యాక్సెస్ కంట్రోల్ యూనిట్లు,PCI/PCI ఎక్స్‌ప్రెస్కంట్రోలర్లు మరియు బాహ్య మెమరీ కంట్రోలర్లు.ప్రోగ్రామబుల్ ఫాబ్రిక్‌తో పాటు ఈ కోర్లు ఉన్నాయి, కానీ అవి నిర్మించబడ్డాయిట్రాన్సిస్టర్లుLUTలకు బదులుగా అవి ASIC-స్థాయిని కలిగి ఉంటాయిపనితీరుమరియువిద్యుత్ వినియోగంఫాబ్రిక్ వనరులను గణనీయమైన మొత్తంలో వినియోగించకుండా, అప్లికేషన్-నిర్దిష్ట తర్కం కోసం ఎక్కువ ఫాబ్రిక్‌ను ఉచితంగా వదిలివేస్తుంది.మల్టీ-గిగాబిట్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌లు అధిక పనితీరు గల అనలాగ్ ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ సర్క్యూట్‌తో పాటు హై-స్పీడ్ సీరియలైజర్‌లు మరియు డీరియలైజర్‌లను కలిగి ఉంటాయి, వీటిని LUTల నుండి నిర్మించలేని భాగాలు.వంటి ఉన్నత-స్థాయి భౌతిక పొర (PHY) కార్యాచరణలైన్ కోడింగ్FPGAపై ఆధారపడి హార్డ్ లాజిక్‌లో సీరియలైజర్‌లు మరియు డీరియలైజర్‌లతో పాటు అమలు చేయబడవచ్చు లేదా అమలు చేయకపోవచ్చు.