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什么是FPGA? 物理结构 FPGA工艺结构 FPGA技术优势 名词解释

FPGA

概述

什么是 FPGA?

FPGAField Programmable Gate Array)是现场可编程门阵列的简称。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路,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。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置,以实现用户的需求它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性,使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。支持对设备中的大量电气功能进行更改;可由设计工程师更改;可在 PCB 装配过程中更改,也可在设备发运到客户手中后“现场”更改。


FPGA适合非规则性多并发、密集计算及协议解析处理场景

物理结构

FPGA主要由三部分组成,分别为IOE(input output element,输入输出单元)、LAB(logic array block,逻辑阵列块)以及 Interconnect(内部连接线)

FPGA的工艺结构

基于SRAM结构的FPGA

基于SRAM结构的可再配置型器件,通电时要将配置数据读入片内SRAM中,配置完成就可进入工作状态。断电后SRAM中的配置数据丢失,FPGA内部逻辑关机也随之消失,这种基于SRAM的FPGA可反复使用。这种工艺的优点是可以用较低的成本来实现较高的密度和较高的性能;缺点是掉电后SRAM会失去所有配置,导致每次上电都需要重新加载。芯片利用率达到70%至75%,加电时可达到瞬间高峰电流。

典型代表: Intel 的FPGA产品
基于反融丝结构的FPGA

采用反熔丝编程技术的FPGA内部具有反熔丝阵列开关结构,其逻辑功能的定义由专用编程器根据设计实现所给出的数据文件,对其内部反熔丝阵列进行烧录,从而使器件实现相应的逻辑功能。这种结构的FPGA只能编程一次,编程后和ASIC一样成为了固定逻辑器件;失去了反复可编程的灵活性,但是大大提高了系统的稳定性和保密性。

反熔丝型的FPGA的另一个优点就是免疫辐射。特别适用于军事航空航天等有特别要求的场合。

典型代表: Actel 的FPGA产品
基于Flash结构的FPGA

在这类FPGA器件中集成了SRAM和非易失性EEPROM两类存储结构。其中SRAM用于在器件正常工作时对系统进行控制,而EEPROM则用来装载SRAM。由于这类FPGA将EEPROM集成在基于SRAM工艺的现场可编辑器件中,因而可以充分发挥EEPROM的非易失性和SRAM的重配置性。

基于Flash的FPGA芯片采用内部电荷泵进行编程,工作频率可达350MHz,利用率可超95%。还具有更高的安全性,硬件出错的几率更小。


典型代表: Actel 的FPGA产品

FPGA 技术优势

名词解释
VHDL
Verilog HDL
NRE
PaaS
浮点运算
PiexlShader
T&L
显存
Cache
ALU
DRAM
DMA
Kernel
异构数据
同构数据
深度学习
基准时钟
QSFP
中频
基带
CAN总线
引脚
流处理
SoC
MCU
EMI
SDRAM
ASIC
CPLD
eFPGA
正向设计
反向设计
SERDES
门阵列
非易失性内存
RAM
TTL
CMOS
DSP
微处理器