fpga是什么?
FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA设计不是简单的芯片研究,主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产品的设计。 与 ASIC 不同,FPGA在通信行业的应用比较广泛。
通过对全球FPGA产品市场以及相关供应商的分析,结合当前我国的实际情况以及国内领先的FPGA产品可以发现相关技术在未来的发展方向,对我国科技水平的全面提高具有非常重要的推动作用。
与传统模式的芯片设计进行对比,FPGA 芯片并非单纯局限于研究以及设计芯片,而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。
从芯片器件的角度讲,FPGA 本身构成 了半定制电路中的典型集成电路,其中含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上,关于FPGA芯片有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计,通过改进当前的芯片设计来增设全新的芯片功能,据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。
2023-06-12 广告
FPGA的完整形式是“现场可编程门阵列”。
它包含一万到一百万个具有可编程互连的逻辑门。
可编程互连可供用户或设计人员轻松执行给定功能。
典型的 FPGA 芯片型号如下图所示。
有 I/O 块,根据功能设计和编号。对于逻辑级组合的每个模块,都有可配置逻辑块 (CLB)。
CLB 执行赋予模块的逻辑运算。
CLB 和 I/O 块之间的互连是在水平布线通道、垂直布线通道和可编程多路复用器 (PSM) 的帮助下实现的。
它所包含的 CLB 的数量只决定了 FPGA 的复杂度。
CLB 和 PSM 的功能由 VHDL 或任何其他硬件描述语言设计。
编程后,CLB和PSM被放置在芯片上,并通过布线通道相互连接。
优点
它需要很短的时间;从设计流程到功能芯片。
缺点
唯一的缺点是,它比其他款式贵。
门阵列设计
就快速原型设计能力而言,门阵列 (GA) 在 FPGA 之后排名第二。
虽然用户编程对于 FPGA 芯片的设计实现很重要,但金属掩模设计和处理用于 GA。
门阵列实施需要两步制造工艺。
第一阶段会在每个 GA 芯片上产生一组未提交的晶体管。
这些未提交的芯片可以存储起来以供以后定制,这是通过定义阵列晶体管之间的金属互连来完成的。
金属互连的图案化是在芯片制造过程的最后完成的,因此周转时间仍然很短,几天到几周。
下图显示了门阵列实现的基本处理步骤。
典型的门阵列平台使用称为通道的专用区域,用于 MOS 晶体管的行或列之间的单元间布线。
它们简化了互连。执行基本逻辑门的互连模式存储在库中,然后可用于根据网表自定义未提交晶体管的行。
在大多数现代 GA 中,多个金属层用于通道布线。
通过使用多个互连层,可以在有源单元区域上实现布线;这样就可以像在 Sea-of-Gates (SOG) 芯片中一样移除路由通道。
在这里,整个芯片表面都覆盖有未指定的 nMOS 和 pMOS 晶体管。可以使用金属掩模定制相邻的晶体管以形成基本逻辑门。
对于单元间布线,必须牺牲一些未提交的晶体管。
这种设计风格为互连带来了更大的灵活性,并且通常具有更高的密度。
GA 芯片利用率是用已用芯片面积除以总芯片面积来衡量的。它比 FPGA 更高,芯片速度也更高。