Xilinx Архитектура ПЛИС

FPGA, что означает «программируемая пользователем вентильная матрица», может использоваться для решения любой вычислительной задачи. Это интегральная схема, которая может быть настроена после изготовления клиентом или разработчиком. Чтобы быть более конкретным, FPGA (программируемые пользователем вентильные матрицы) — это полупроводниковые устройства, состоящие из матрицы CLB или настраиваемых логических блоков, соединенных программируемыми межсоединениями.

Здесь, в этой статье, мы обсудим ПЛИС, также известные как программируемые вентильные матрицы, их работу и архитектуру. Этот пост также познакомит вас с Xilinx. Xilinx считается ведущей компанией в этой области. он предлагает комплексные решения, включая устройства FPGA, мощное программное обеспечение и настраиваемые, готовые к использованию IP-ядра для рынка и различных приложений.

Xilinx FPGA хорошо известны тем, что работают под управлением стандартной встроенной операционной системы, такой как Linux или VxWorks. И реализация периферийных устройств процессора в программируемой логике. Семейства FPGA Virtex-II Pro, Virtex-4, Virtex-5 и Virtex-6, которые имеют до двух встроенных ядер IBM PowerPC, специально созданы для разработчиков систем на кристалле (SoC).

Архитектура ПЛИС

FPGA от Xilinx — это гибридные вычислительные системы с блочной оперативной памятью, программируемой структурой, DSP Slices и поддержкой PCI Express. Поскольку ко всем этим вычислительным ресурсам можно получить доступ одновременно, они обеспечивают масштабируемость и конвейерную обработку приложений на всей платформе. SD Accel — это утилита Xilinx, которая позволяет программам OpenCL нацеливаться и включать эти вычислительные ресурсы.

Компоненты: Базовая структура ПЛИС состоит из следующих компонентов:

1. Таблица поиска или LUT: этот компонент отвечает за выполнение логических операций.
2. Flip-Flop: результат LUT сохраняется в этом элементе регистра.
3. Провода: это элементы, которые соединяют элементы.
4. Площадки ввода-вывода: эти физические порты позволяют данным входить и выходить из FPGA.

Здесь базовая архитектура FPGA показана на следующем изображении, которое является результатом интеграции этих частей.

Основные черты современной структуры FPGA сочетаются с дополнительными вычислительными блоками и блоками хранения данных для повышения вычислительной плотности и эффективности устройства. Ниже приведены некоторые дополнительные моменты, чтобы лучше понять концепцию.

1. Встроенная память для распределенного хранения данных
2. PLL или контуры фазовой автоподстройки частоты для управления матрицей FPGA с разной тактовой частотой
3. Высокоскоростные последовательные приемопередатчики
4. Внешние контроллеры памяти
5. Блок умножения-накопления

Здесь, в современном дизайне FPGA, комбинация этих частей показана на изображении, что позволяет FPGA реализовать любой программный метод, выполняемый на процессоре.

Приложения:

FPGA подходят для различных рынков благодаря своей рабочей природе и программируемости. В этой области Xilinx считается самой надежной компанией, которая предлагает наиболее подробные и эффективные решения, включая устройства FPGA, настраиваемое и мощное программное обеспечение, готовые к использованию IP-ядра для таких приложений, как аэрокосмическая промышленность, автомобильные системы, вещание и Pro-AV, оборона. , бытовая электроника, центры обработки данных, промышленные предприятия и приложения, связанные с хранением больших объемов данных, и так далее.

Здесь мы попытались описать некоторые из наиболее распространенных приложений для FPGA, которые перечислены ниже:

1. Автомобилестроение . Платформа Xilinx Automotive необходима для обеспечения работы высокотехнологичных модулей AD, которым все больше требуется повышение производительности и емкости для обеспечения высокоскоростной обработки данных, предварительной обработки, распространения (DAPD) и ускорения вычислений.
2. Прототипирование ASIC на основе FPGA: прототипирование ASIC на основе FPGA обеспечивает быстрое и точное моделирование системы SoC и проверку встроенного программного обеспечения. Он предоставляет высокопроизводительные ПЛИС для лучшей проверки проекта. Кроме того, уменьшите требуемую площадь платы и сложность платы. Это универсальное решение ввода-вывода, позволяющее создать одно устройство. Обеспечьте расширенную отладку, ускорение моделирования и настройку интерактивного дизайна.
3. Аэрокосмическая промышленность и оборона: Xilinx предоставляет коммерческие, оборонные и космические решения системного уровня для аэрокосмической и оборонной промышленности, включая ведущие в отрасли устройства FPGA, SoC и ACAP, сложные IP-решения и инструменты проектирования следующего поколения.
4. Медицина: Семейства Virtex FPGA и Spartan FPGA могут использоваться для удовлетворения различных потребностей в обработке, отображении и интерфейсах ввода-вывода в диагностических, мониторинговых и терапевтических приложениях.
5. Бытовая электроника : решение Xilinx предлагает экономичные и энергоэффективные технологии, которые позволяют создавать системы на кристалле (SoC), высокую пропускную способность и пропускную способность для соответствия расширяющимся стандартам межсоединений, а также приложениям с поддержкой Интернета.
6. Вещание и профессиональное AV : с помощью платформ проектирования, ориентированных на вещание, и решений для профессиональных вещательных систем высокого класса вы можете быстрее адаптироваться к изменяющимся требованиям и продлить жизненный цикл продукта. Платформы Xilinx могут быстро адаптироваться к новым аудио- и видеотехнологиям, предоставлять доступ к сетям AV-over-IP с кодеками с потерями и без потерь по мере необходимости и интегрировать мультимедийные конвейеры с самыми передовыми подходами AI/ML в экономичных устройствах.
7. Центр обработки данных: Xilinx FPGA лучше всего подходят для массовой параллельной обработки данных. Эта функциональность снижает общую стоимость владения периферийными вычислительными устройствами, повышая производительность за счет снижения задержки. Развитие искусственного интеллекта, все более сложные рабочие нагрузки и доступность неструктурированных данных требуют быстрой эволюции центров обработки данных. Платформа Xilinx с настраиваемыми вычислениями, хранилищем и сетевым ускорением обеспечивает эволюцию.
8. Решения для вычислений и хранения данных. Благодаря настраиваемым путям передачи данных и структурам хранения, а также мощному набору инструментов для разработчиков расширенные приложения Xilinx FPGA могут обеспечить эффективное аппаратное и программное обеспечение с гибкостью адаптации к новым требованиям без ущерба для производительности или энергоэффективности.
9. Проводная и беспроводная связь: как в проводной, так и в беспроводной связи используются микросхемы FPGA. Они используются в объединительных панелях проводной связи и базовых станциях сотовой связи в беспроводной связи. В настоящее время ПЛИС используются в сетевых решениях и для удовлетворения требований WiMAX, 5G/6G и HSDPA.
10. Промышленность: для широкого спектра приложений, таких как промышленная визуализация и наблюдение, промышленная автоматизация и Xilinx FPGA, а также специализированные платформы проектирования для промышленности, науки и медицины обеспечивают большую гибкость, ускорение выхода на рынок и сокращение общего единовременного проектирования. расходы.
11. Безопасность : от контроля доступа до систем наблюдения и безопасности, Xilinx предлагает решения для всех меняющихся потребностей приложений безопасности.

ПЛИС используются в устройствах уже довольно давно; они являются наиболее экономичными решениями с более высокой производительностью и программируемостью, благодаря своей производительности они используются в самых разных приложениях.

Xilinx находится на вершине этой отрасли благодаря своему отличному качеству и недорогим устройствам. Xilinx предоставляет полные и надежные решения для устройств FPGA и широкого спектра устройств, предлагаемых Xilinx.