O que é FPGA e para que ele é usado?
FPGAs oferecem benefícios para diferentes tipos de equipamentos eletrônicos. De navegação de aeronaves a ultrassons médicos e mecanismos de busca de dados, as pessoas confiam nos FPGAs para o desenvolvimento e uso da tecnologia que usam diariamente.
Este artigo fornece informações sobre o que é FPGA e para que é usado. Se estiver interessado nesses tópicos, você gostará de ler este artigo.
O que é FPGA?
FPGA é uma sigla que significa Field Programmable Gate Array . É um dispositivo semicondutor baseado em uma matriz de blocos lógicos configuráveis (CLBs) em que uma grande maioria da funcionalidade elétrica dentro do dispositivo pode ser alterada pelo engenheiro de projeto.
FPGA é definido por sua matriz de subcircuitos digitais interconectados que implementam funções comuns, ao mesmo tempo que oferecem altos níveis de flexibilidade. FPGAs pertencem a uma classe de dispositivos conhecida como lógica programável (ou hardware programável). FPGA não faz nada por si mesmo; em vez disso, ele é configurado para ser qualquer circuito digital necessário. Então, como isso funciona?
Como funciona um FPGA?
Entender como funciona um FPGA é simples. Envolve o carregamento de uma configuração no FPGA, que então começa a se comportar como qualquer circuito necessário. Sem confusão, sem estresse. Sua configuração baseada em RAM significa que pode ser reconfigurado um número ilimitado de vezes.
Tipos de FPGA
Existem duas formas principais de classificar FPGAs: por sua disposição interna de blocos ou por seu tipo de tecnologia de programação. FPGAs se enquadram em uma das três categorias quando se trata de sua disposição:
- Matrizes simétricas: esta disposição é composta por linhas e colunas de blocos lógicos conectados, cercados por blocos de entrada / saída.
- Arquitetura baseada em linha: este arranjo alterna linhas de blocos lógicos e recursos de interconexão programáveis, com blocos de entrada / saída ao longo das bordas.
- PLDs hierárquicos (dispositivos lógicos programáveis): têm um layout mais complexo. O nível superior é composto de blocos lógicos e interconexões. Os blocos lógicos contêm módulos lógicos, que possuem elementos funcionais combinatórios e sequenciais.
Usos comuns de FGPA
Existem inúmeros usos para FPGA que cobrem uma vasta gama de áreas. Os casos de uso incluem:
- Processamento de vídeo e imagem.
- Aplicações militares.
- Rádio definido por software.
- Imagens médicas.
- Comunicações com e sem fio.
- Integração de vários dispositivos lógicos programáveis simples.
- Reconhecimento de voz.
- Criptografia.
- Processamento de sinal digital.
- Prototipagem ASIC.
- Controladores de dispositivo.
- Sistemas de emulação de hardware de computador.
- Bioinformática.
- Computação de alto desempenho.
- Aeroespacial e Defesa.
- Prototipagem ASIC.
- Automotivo.
- Transmissão de produtos eletrônicos de consumo.
- Centro de dados médico.
- Instrumentos científicos e industriais.
Benefícios do uso de FPGA
O FPGA oferece muitas vantagens sobre as implementações convencionais.
| Benefícios | Detalhes |
|---|---|
| Integração | Quanto mais funções dentro dos FPGAs de hoje (que incluem processadores on-die, transceptores I / Os a 28 Gbps ou mais, blocos de RAM, motores DSP), menos dispositivos haverá na placa de circuito. Isso aumenta a confiabilidade, reduzindo o número de falhas do dispositivo. |
| Flexibilidade | A funcionalidade do FPGA pode mudar a cada inicialização do dispositivo. Isso significa que se um engenheiro de projeto deseja fazer uma alteração, ele pode simplesmente baixar um novo arquivo de configuração no dispositivo e experimentar a alteração. |
| Aceleração | FPGA são lançados no mercado mais rapidamente porque são vendidos 'na prateleira'. Devido à flexibilidade do FPGA, os fabricantes de equipamentos originais podem enviar sistemas assim que o projeto estiver funcionando e testado. |
| Disponibilidade de longo prazo | O uso de FPGAs oferece independência dos fabricantes de componentes, porque a funcionalidade não está no módulo em si, mas em sua configuração. Esta programação pode ser feita de uma maneira que não requeira nenhum ajuste em diferentes FPGAs |
As diferenças entre FPGA e ASIC
ASIC (Application Specific Integrated Circuits) e FPGAs têm diferentes propostas de valor. O que distingue os FPGAs do ASIC é o fato de que o FPGA pode ser reprogramado para uma aplicação desejada ou requisitos de funcionalidade após a fabricação, enquanto o ASIC é fabricado sob medida para tarefas específicas de projeto. Essas alterações de reprogramação podem ocorrer durante o processo de montagem da PCB (Placa de Circuito Impresso), ou mesmo após o equipamento ter sido despachado para os clientes.
Embora existam FPGAs programáveis de uma só vez (OTP), os tipos dominantes e mais comuns são baseados em RAM, o que os torna reprogramáveis conforme o design continua a evoluir.
Além disso, os FPGAs são vendidos na prateleira, ao contrário dos ASICs, que exigem ciclos de fabricação que demoram vários meses.
Desempenho e versatilidade do FPGA
O FPGA oferece níveis superiores de desempenho e versatilidade, o que os torna a tecnologia ideal para pessoas e organizações que buscam otimizar chips ou fazer alterações em chips para sua carga de trabalho.
Um grande exemplo da crescente importância dos FPGAs pode ser encontrado no campo da inteligência artificial. À medida que a inteligência artificial continua a ganhar relevância, também aumenta a importância dos FPGAs. Em certos casos, os FGPAs superam as GPUs (unidades de processamento gráfico) na análise de grandes quantidades de dados para aprendizado de máquina.
