¿Qué tecnología programable se utiliza en los dispositivos FPGA?

FPGA surgió de tecnologías relativamente más simples, como la memoria programable de solo lectura (PROM) y los dispositivos lógicos programables (PLD) como PAL, PLA o Complex PLD (CPLD). Consta de tres partes principales: Bloques lógicos configurables: que implementan funciones lógicas. Interconexiones programables: que implementan el enrutamiento.

En informática, un bloque lógico o bloque lógico configurable (CLB) es un componente fundamental de la tecnología de matriz de puertas programables en campo (FPGA). Los bloques lógicos requieren pads de E/S (para interactuar con señales externas) y canales de enrutamiento (para interconectar bloques lógicos).

Una matriz de puertas programables en campo (FPGA) es un circuito integrado diseñado para ser configurado por un cliente o diseñador después de la fabricación, de ahí el término "programable en campo".

Algunos FPGA se pueden reprogramar infinitas veces y algunos tiempos limitados. En términos generales, los FPGA son chips de silicio programables con una colección de bloques lógicos programables rodeados por bloques de entrada/salida que se unen a través de recursos de interconexión programables para convertirse en cualquier tipo de circuito o sistema digital.

Altera garantiza que puede reprogramar dispositivos basados en EPROM con ventana al menos 25 veces. Altera no especifica la cantidad de veces que puede reprogramar o reconfigurar dispositivos FPGA porque estos dispositivos están basados en SRAM. Un dispositivo basado en SRAM se puede reconfigurar con tanta frecuencia como lo requiera el diseño; no hay un límite específico.

Una matriz de puertas programables en campo (FPGA) integrada es un bloque IP que permite incorporar una FPGA completa en un sistema en chip (SoC) o cualquier tipo de circuito integrado. Los usuarios de FPGA integrados NO son usuarios de chips FPGA. La mayoría de los chips FPGA se emplean en sistemas de menor volumen como ASIC de “diseño rápido y bajo NRE”.

Ventajas de la FPGA

• Disponibilidad a largo plazo.
• Actualización y adaptación en el cliente.
• Time-to-market muy corto.
• Sistemas rápidos y eficientes.
• Aceleración del software.
• Aplicaciones en tiempo real.
• Procesamiento de datos masivamente paralelo.

Se puede utilizar una FPGA si el diseño requiere una lógica compleja y una alta capacidad de procesamiento y si el costo es comparable al rendimiento logrado. En el caso de un diseño que requiere hardware limitado y está configurado para realizar solo algunas funciones específicas, se prefiere el microcontrolador.

Dispositivos integrados de factor de forma pequeño Estos tamaños de paquete pequeños permiten que el FPGA MAX 10 reemplace o aumente los ASIC, ASSP y unidades de microcontrolador (MCU) en aplicaciones portátiles o con espacio limitado.

Los FPGA pueden facilitar un procesamiento altamente paralelo en formas que los microprocesadores comunes no pueden. Si está trabajando en problemas en los que esto resulta útil, puede resultarle útil comprender los FPGA. Además, el paralelismo obliga a pensar en nuevas formas de programarlos, lo que suele ser una buena razón para estudiar una nueva forma de programar.

Entonces, ¿por qué una FPGA puede ser más rápida que una CPU? En esencia, se debe a que la FPGA utiliza muchas menos abstracciones que una CPU, lo que significa que el diseñador trabaja más cerca del silicio. Los FPGA tienen menos abstracciones y, por lo tanto, pueden ser más rápidos y más eficientes energéticamente, pero difíciles de programar.

FPGA es un circuito integrado que viene con millones de puertas lógicas y se puede hacer que realice tareas programando las puertas lógicas. Los FPGA necesitan periféricos externos como RAM y ROM para su aplicación. El microcontrolador utiliza un programa de software para ejecutar comandos consecutivamente, como C, C++.

La estructura FPGA incluye elementos de memoria integrados que se pueden utilizar como memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de solo lectura (ROM) o registros de desplazamiento. Estos elementos son RAM de bloque (BRAM), LUT y registros de desplazamiento. Los datos de la ROM se escriben como parte de la configuración de la FPGA y no se pueden modificar de ninguna manera.

Básicamente, una FPGA es un circuito de hardware que un usuario puede programar para realizar una o más operaciones lógicas. Yendo un paso más allá, los FPGA son circuitos integrados, o IC, que son conjuntos de circuitos en un chip; esa es la parte de la "matriz".

La aplicación específica de una FPGA incluye procesamiento de señales digitales, bioinformática, controladores de dispositivos, radio definida por software, lógica aleatoria, creación de prototipos ASIC, imágenes médicas, emulación de hardware informático, integración de múltiples SPLD, reconocimiento de voz, criptografía, filtrado y codificación de comunicaciones y muchas más.

Las características básicas de FPGA son: 1) Circuito ASIC de diseño FPGA, el usuario no necesita producir chips, puede obtener una combinación de chips. – 2) FPGA puede hacer todos los demás circuitos ASIC personalizados o semipersonalizados de la muestra. 3) FPGA tiene un disparador interno rico y un pin de E/S.

El Xilinx ISE se utiliza principalmente para la síntesis y el diseño de circuitos, mientras que ISIM o el simulador lógico ModelSim se utiliza para pruebas a nivel de sistema.

Los tres tipos básicos de elementos programables para una FPGA son RAM estática, antifusibles y EPROM flash.

• Arquitectura genérica FPGA.
• Bloque lógico configurable FPGA (CLB) (cortesía de Xilinx).
• Bloque de E/S configurable FPGA (cortesía de Xilinx).
• Interconexión programable FPGA (cortesía de Xilinx).

No, Raspberry Pi no es una FPGA. Ambos no tienen nada en común. FPGA, por otro lado, es un chip reconfigurable que puede usar para crear cualquier chip (digital) que desee y FPGA obtiene esta potencia usando una gran cantidad de bloques configurables que contienen recursos como LUT, MUX, DSP, RAM, etc. y conectándolos entre sí.

FPGA contiene hasta 100.000 pequeños bloques lógicos, mientras que CPLD contiene sólo unos pocos bloques de lógica que llegan hasta unos pocos miles. 2. En términos de arquitectura, los FPGA se consideran dispositivos de "grano fino", mientras que los CPLD son de "grano grueso". FPGA es un chip lógico digital basado en RAM, mientras que CPLD está basado en EEPROM.

Un Field Programmable Gate Array o FPGA es un circuito integrado que podría contener millones de puertas lógicas que pueden configurarse eléctricamente para realizar una determinada tarea. Microprocesador vs FPGA: un microprocesador es una CPU o unidad central de procesamiento simplificada.

Aquí es donde los FPGA son mucho mejores que las CPU (o GPU, que tienen que comunicarse a través de la CPU). Con una FPGA es factible conseguir una latencia alrededor o inferior a 1 microsegundo, mientras que con una CPU una latencia inferior a 50 microsegundos ya es muy buena. Además, la latencia de una FPGA es mucho más determinista.

Las CPU y los microprocesadores son lo mismo. ASIC es sólo un término general para un microchip. Las CPU son técnicamente ASIC, pero también se pueden implementar dispositivos mucho más simples en un ASIC.

Los FPGA ofrecen una increíble flexibilidad y rentabilidad con circuitos que se pueden reprogramar para diferentes funcionalidades. En comparación con las GPU, las FPGA pueden ofrecer un rendimiento superior en aplicaciones de aprendizaje profundo donde la baja latencia es fundamental.

El chip Tesla FSD es un FPGA de 250 millones de puertas en 6 mil millones de transistores alojados en un troquel de 260 mm² construido sobre el proceso FinFET de 14 nm en una fábrica de Samsung Electronics en Texas. Tesla afirma que el chip ofrece "21 veces" el rendimiento del chip NVIDIA al que reemplaza.

Los FPGA actuales ofrecen una eficiencia energética superior (Ops/Watt), pero no ofrecen el rendimiento de las GPU actuales en DNN. Esta combinación de características lleva el rendimiento de punto flotante sin procesar de FPGA a una distancia sorprendente de las GPU. Mientras tanto, las DNN están evolucionando rápidamente.

Sí, FPGA puede superar a las CPU modernas (como Intel i7) en algunas tareas específicas, pero existen métodos más fáciles y económicos para mejorar el rendimiento de las redes neuronales. Por más barato, me refiero al esfuerzo total, no al costo de FPGA IC, sino también a una memoria muy rápida para FPGA (la necesitaría para una red neuronal) y todo el proceso de desarrollo.

En segundo lugar, el proceso de programación de FPGA en sí también es mucho más complicado. Al principio, los programadores de FPGA solían escribir sus diseños utilizando VHDL o Verilog, que son lenguajes de descripción de hardware de muy bajo nivel. Por tanto, la dificultad de programación se reduce significativamente.

A principios de esta semana se publicó una historia interesante en la que el fundador y CEO de NVIDIA, Jensen Huang, dijo: "Dado que los diseñadores apenas pueden desarrollar arquitecturas avanzadas de instrucciones paralelas para CPU, las GPU pronto reemplazarán a las CPU". Hay un número limitado de núcleos de procesamiento que pueden caber en un solo chip de CPU.

Los proveedores de FPGA también seguirán ofreciendo dispositivos con más capacidades. En lo que respecta a la tecnología FPGA en sí, no parece que vaya a haber ninguna que desafíe a Altera o Xilinx en un futuro próximo. Por lo tanto, un ingeniero de FPGA seguirá existiendo en los próximos 10 años.