FPGA 芯片设计FPGA 简介 ( FPGA 芯片架构 | FPGA 芯片相对于传统芯片的优点 )

Posted 2023-02-16 韩曙亮

文章目录

• 一、FPGA 简介
• 二、FPGA 架构
• 三、FPGA 芯片相对于传统芯片的优点

一、FPGA 简介

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摩尔定律 : 价格不变 , 在集成电路上 电子元器件的数量 , 18 ~ 24 个月增加一倍 , 同时芯片性能也增加一倍 ;

同样花 5000 元 , 每隔 18 ~ 24 个月 , 买到的电脑性能可以翻一番 , 买电脑不要买最好的 , 第二年就淘汰 ;

FPGA 英文全称 Field Programmable Gate Array , 中文名称为 " 现场可编程门阵列 " ;

传统芯片功能一旦固定后 , 其 功能不可变 , 与之相对的 FPGA 芯片的功能是可变的 ;

门阵列 中的 门 指的是 " 门电路 " , 这是 数字电路 中的概念 , 其用于 实现基本逻辑运算 , 常用的门电路有 :

• 与门
• 或门
• 非门

由上面的基础门电路 , 又可以组合成 与非门 , 或非门 等电路 ;

这是世界上第一块 FPGA 芯片 , 型号是 FPGA-XC2064 , 于 1985 年问世 , 该芯片采用的是 2 微米的制程工艺 , 2000 纳米 , 当前主流的 FPGA 芯片制程工艺是 14 ~ 45 纳米 ;

下图是 FPGA 芯片的制程工艺 及对应的型号 ;

二、FPGA 架构

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第一代 FPGA 架构 : 以 FPGA-XC2064 为代表 , 该架构被称为 " Logic Cell Array " , 简称 LCA , 由以下要素组成 :

• IOB : I/O Block , 用户 IO 模块 ;
• CLB : Configurable Logic Block , 可配置逻辑块 ;
• Interconnect : Interconnect Area , 互联模块 ;

最新的 7 系列 FPGA 架构 :

颜色对应的模块说明 :

• I/O : 用户 IO , 对应第一代的 I/O Block ( IOB ) ;
• CMT : 时钟管理 ;
• Clock Routing : 时钟路由 , 对应第一代的 Interconnect Area ;
• 可配置逻辑块 : 蓝色部分是可配置逻辑块 , 可以是 CLB , BRAM , DSP 逻辑块 , 相比于第一代的 CLB , 增加了 BRAM , DSP ;
• HSSIO : High Speed Serial I/O , 高速串行 IO 模块 ;

三、FPGA 芯片相对于传统芯片的优点

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FPGA 芯片相对于传统芯片的优点 :

• 性能高 : FPGA 芯片可 并行处理 , 性能很高 ;
• 上市时间短 : 与传统的 ASIC 芯片相比 , FPGA 灵活性更高 , 可以进行快速原型验证 , 研发上市时间很短 ;
• 成本低廉 ;
• 稳定性高 ;
• 方便维护 : FPGA 可以 在现场进行维护 ;