1984 년 실리콘 밸리에서 근무한 버니 폰드슈미트 (Bernie Vonderschmitt), 로스 프리먼 (Ross Freeman), 짐 바니트 (Jim Barnett) 그들은 새로운 분야 전체의 선진 기술을 개발하고 도입하기 위한 회사를 만들고 싶어한다. 게다가, 그들은 여기서 일하는 사람들이 그들의 일을 사랑하고, 그들의 일을 즐기고, 그들이 하는 일에 매료되기를 바란다.
창조적으로' 웨이퍼 반도체' 라는 회사의 개념을 도입했다. Ross Freeman 은 2009 년 2 월 18 일 발명현장 FPGA (field programmable gate array) 로 2009 년 미국 발명가 명예의 전당에 올랐다. 프리먼 씨의 발명은 완전히' 문 열기' 로 구성된 컴퓨터 칩으로 특허 번호는 4870302 이다. 이 칩을 사용하여 엔지니어는 필요에 따라 프로그래밍하고, 새로운 기능을 추가하고, 개발 표준이나 사양의 요구 사항을 충족하고, 설계의 마지막 단계에서 수정할 수 있습니다.
PROM, EPROM, E2PROM 에 익숙한 사람들은 이러한 프로그래머블 장치의 프로그래밍 원리가 고압 또는 자외선을 적용하여 트랜지스터 또는 MOS 튜브 내부의 캐리어 밀도를 변경함으로써 소위 프로그래밍 가능성을 달성하는 것임을 알고 있습니다. 그러나 이러한 장치는 한 번만 프로그래밍하거나 프로그래밍 상태를 안정화하기가 어렵습니다. 반면 FPGA 는 다음과 같은 LCA (logical cell array) 의 새로운 개념을 채택했습니다
논리 모듈 CLB (구성 가능한 논리 블록), 출력 입력 모듈 IOB (입력 출력 블록) 및 상호 연결을 구성합니다.
FPGA 의 프로그래밍 가능성은 실제로 CLB 및 IOB 의 트리거 상태를 변경하여 반복 프로그래밍을 가능하게 합니다. FPGA 는 반복 레코딩이 필요하기 때문에 조합 논리의 기본 구조는 ASIC 와 같은 고정 및 비문으로 수행할 수 있는 것이 아니라 반복 구성이 쉬운 구조일 뿐입니다. 조회 테이블은 이 요구 사항을 잘 충족할 수 있습니다. 현재 메인스트림 FPGA 는 SRAM 기술 기반 조회 테이블 구조를 채택하고 있으며, 일부 군용 및 항공 우주 FPGA 는 플래시 또는 Flash 의 조회 테이블 구조와 반퓨즈 기술을 채택하고 있습니다. 파일을 태워서 조회 테이블의 내용을 변경함으로써 FPGA 를 반복적으로 구성할 수 있습니다.
디지털 회로의 기본 지식에 따르면 N 입력 논리 연산은 비연산과 이외적 또는 연산이 모두 2n 가지의 결과밖에 없다는 것을 알 수 있다. 따라서 해당 결과를 하나의 스토리지 장치에 미리 저장하면 비 도어 회로의 기능을 구현하는 것과 같습니다. FPGA 의 원리도 마찬가지입니다. 파일을 태워 조회 테이블의 내용을 구성하면 동일한 회로 상황에서 서로 다른 논리적 기능을 수행할 수 있습니다.
조회 테이블은 간단히 LUT 라고 불리며, LUT 는 기본적으로 랜덤 액세스 메모리입니다. 현재 FPGA 에는 4 입력 LUT 가 더 많이 사용되기 때문에 각 LUT 는 4 비트 주소선이 있는 RAM 으로 간주될 수 있습니다. 사용자가 구조도 또는 HDL 언어를 통해 논리 회로를 설명하면 PLD/FPGA 개발 소프트웨어는 해당 논리 회로의 가능한 모든 결과를 자동으로 계산하고 ram 에 진리표 (결과) 를 미리 기록하므로
논리 연산을 위해 각 신호를 입력하는 것은 주소 체크리스트를 입력하여 주소에 해당하는 내용을 찾은 다음 출력하는 것과 같습니다.
표에서 볼 수 있듯이 LUT 는 논리 회로와 동일한 기능을 가지고 있습니다. 사실, LUT 는 실행 속도가 더 빠르고 규모가 더 크다. LUT 기반 FPGA 통합도가 높기 때문에 부품 밀도가 수만 개에서 수천만 문까지 다양하여 매우 복잡한 순차 및 논리적 조합 논리 회로 기능을 수행할 수 있으므로 고속 고밀도 하이엔드 디지털 논리 회로 설계에 적합합니다. 해당 구성 요소는 주로 편집 가능합니다.
I/O 유닛, 기본 프로그래밍 가능 논리 유닛, 임베디드 SRAM, 풍부한 케이블 연결 리소스, 기본 임베디드 기능 유닛, 임베디드 전용 유닛 등 주요 디자인과 공급업체는 Xilinx, Altera, Lattice, Actel, Atmel, QuickLogic 이며, 그 중 가장 큰 것은 미국의 Xilinx 입니다.
Si 는 프로그래밍 가능한 시장에서 50% 이상의 시장 점유율을 차지하고 있으며, 이는 다른 모든 경쟁사의 시장 점유율 합계를 능가합니다.
FPGA 의 작동 상태는 슬라이스 ram 에 저장된 프로그램에 의해 설정되므로 작업할 때 슬라이스 RAM 을 프로그래밍해야 합니다. 사용자는 구성 모드에 따라 다른 프로그래밍 방법을 사용할 수 있습니다. 전원이 켜지면 FPGA 칩이 EPROM 의 데이터를 칩 내 프로그래밍 RAM 으로 읽어 구성이 완료되면 FPGA 가 작동 상태로 들어갑니다. 전원이 꺼지면 FPGA 가 공백으로 돌아가고 내부 논리 관계가 사라지고 FPGA 를 재사용할 수 있습니다. FPGA 프로그래밍에는 전용 FPGA 프로그래머가 필요하지 않습니다. 일반적인 EPROM 및 PROM 프로그래머만 사용하면 됩니다. 이렇게 하면 같은 FPGA, 프로그래밍 데이터가 다르면 회로 기능이 달라질 수 있습니다.
따라서 FPGA 의 사용은 매우 유연합니다. 앞서 언급했듯이 FPGA 의 작동 상태는 칩에 저장된 ram 에 의해 설정되므로 작업할 때 슬라이스 내 RAM 을 프로그래밍해야 합니다. 사용자는 구성 모드에 따라 다른 프로그래밍 방법을 사용할 수 있습니다. Xilinx FPGA 에는 마스터 직렬 모드, 슬레이브 모드, 전자지도 모드, 데스크탑 구성 및 직접 SPI 구성의 다섯 가지 일반적인 구성 모드가 있습니다.
현재 FPGA 시장 점유율이 가장 높은 두 회사인 Xilinx 와 Altera 가 생산하는 FPGA 는 모두 SRAM 기술을 기반으로 하며, 프로그램을 보존하기 위해 칩 외 스토리지를 연결해야 합니다. 전원이 켜지면 FPGA 는 외부 스토리지의 데이터를 슬라이스 내부 RAM 으로 읽어 구성된 후 작동 상태로 들어갑니다. 전원 장애 후 FPGA 가 다시 비어 내부 논리가 사라집니다. 이렇게 하면 FPGA 를 재사용할 수 있을 뿐만 아니라 전용 FPGA 프로그래머도 필요합니다. 범용 EPROM 과 PROM 프로그래머만 있으면 됩니다. Actel, QuickLogic 등의 회사도 반퓨즈 기술인 FPGA 를 제공하고 있으며 방사선, 고온, 저온, 저전력, 고속 등의 장점을 갖추고 있어 군수 제품과 항공 우주 분야에 널리 사용되고 있습니다. 하지만 이런 FPGA 는 중복 지울 수 없어 초기 개발이 번거롭고 비싸다. Lattice 는 ISP 기술의 발명자로서 소규모 PLD 응용 분야에 어느 정도 특색이 있다. 초기의 Xilinx 제품은 일반적으로 군사와 우주시장을 포함하지 않았지만, 현재 이미 많은 제품이 이 분야에 진출하고 있다.
FPGA 칩 구조 현재 메인스트림 FPGA 는 이전 버전의 기본 성능을 훨씬 능가하며 RAM, 클럭 관리, DSP 와 같은 공통 기능을 갖춘 하드 코어 (ASIC) 모듈을 통합합니다. 사실 각 시리즈의 FPGA 에는 자체 내부 구조가 있습니다. FPGA 칩은 주로 프로그램 가능한 입/출력 장치, 기본 프로그램 가능 논리 단위, 전체 클럭 관리, 임베디드 블록 RAM, 풍부한 케이블 연결 리소스, 임베디드 기본 기능 단위 및 임베디드 전용 하드웨어 모듈의 6 부분으로 구성됩니다.