(نیا اور اصل) اسٹاک میں 3S200A-4FTG256C IC چپ XC3S200A-4FTG256C

مصنوعات کی خصوصیات

 فیلڈ پروگرام قابل گیٹ سرنی

 اےفیلڈ سے قابل پروگرام گیٹ سرنی(ایف پی جی اے) ایکمربوط سرکٹمینوفیکچرنگ کے بعد کسی گاہک یا ڈیزائنر کے ذریعے ترتیب دینے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے - اس لیے یہ اصطلاحفیلڈ پروگرام قابل.FPGA ترتیب عام طور پر a کا استعمال کرتے ہوئے بیان کی جاتی ہے۔ہارڈ ویئر کی وضاحت کی زبان(HDL)، جیسا کہ ایک کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ایپلی کیشن مخصوص انٹیگریٹڈ سرکٹ(ASIC)۔سرکٹ ڈایاگرامپہلے کنفیگریشن کی وضاحت کے لیے استعمال کیا جاتا تھا، لیکن کی آمد کی وجہ سے یہ تیزی سے نایاب ہے۔الیکٹرانک ڈیزائن آٹومیشناوزار.

FPGAs کی ایک صف پر مشتمل ہے۔قابل پروگرام منطق کے بلاکس، اور دوبارہ ترتیب دینے کے قابل آپس میں جڑنے کا ایک درجہ بندی جو بلاکس کو ایک ساتھ وائر کرنے کی اجازت دیتا ہے۔منطقی بلاکس کو پیچیدہ انجام دینے کے لیے ترتیب دیا جا سکتا ہے۔مشترکہ افعال، یا آسان کے طور پر کام کریں۔منطق کے دروازےپسنداوراورXOR.زیادہ تر FPGAs میں، منطقی بلاکس بھی شامل ہیں۔میموری عناصر، جو آسان ہوسکتا ہے۔فلپ فلاپیا میموری کے مزید مکمل بلاکس۔^[1]بہت سے FPGAs کو مختلف لاگو کرنے کے لیے دوبارہ پروگرام کیا جا سکتا ہے۔منطق کے افعال، لچکدار کی اجازت دیتا ہےری کنفیگر ایبل کمپیوٹنگجیسا کہ میں کارکردگی کا مظاہرہ کیاکمپیوٹر سافٹ ویئر.

میں FPGAs کا نمایاں کردار ہے۔سرایت نظامہارڈ ویئر کے ساتھ بیک وقت سسٹم سافٹ ویئر ڈویلپمنٹ شروع کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے ترقی، ڈیولپمنٹ کے بہت ہی ابتدائی مرحلے میں سسٹم کی کارکردگی کے سمیلیشنز کو فعال کرنا، اور سسٹم کے فن تعمیر کو حتمی شکل دینے سے پہلے مختلف سسٹم ٹرائلز اور ڈیزائن کی تکرار کی اجازت دیتا ہے۔^[2]

تاریخ[ترمیم]

FPGA صنعت سے انکرت ہوئی۔پروگرام کے قابل صرف پڑھنے کی میموری(PROM) اورقابل پروگرام منطق کے آلات(PLDs)۔PROMs اور PLDs دونوں کے پاس ایک فیکٹری یا فیلڈ میں بیچوں میں پروگرام کرنے کا اختیار تھا (فیلڈ پروگرام قابل)۔^[3]

الٹیرااس کی بنیاد 1983 میں رکھی گئی تھی اور اس نے 1984 میں صنعت کا پہلا دوبارہ پروگرام کرنے کے قابل منطق آلہ فراہم کیا تھا - EP300 - جس میں پیکیج میں ایک کوارٹج ونڈو نمایاں تھی جس سے صارفین کو ڈائی پر الٹرا وائلٹ لیمپ چمکانے کی اجازت ملیEPROMوہ خلیات جو آلہ کی ترتیب رکھتے ہیں۔^[4]

Xilinxپہلا تجارتی طور پر قابل عمل فیلڈ-پروگرام ایبل تیار کیا۔گیٹ سرنی1985 میں^[3]- XC2064۔^[5]XC2064 میں قابل پروگرام گیٹس اور گیٹس کے درمیان قابل پروگرام انٹرکنیکٹس تھے، ایک نئی ٹیکنالوجی اور مارکیٹ کا آغاز۔^[6]XC2064 میں دو تین ان پٹ کے ساتھ 64 کنفیگر ایبل لاجک بلاکس (CLBs) تھے۔تلاش کی میزیں(LUTs)۔^[7]

1987 میں،نیول سرفیس وارفیئر سینٹرایک ایسا کمپیوٹر تیار کرنے کے لیے جو اسٹیو کیسل مین کے تجویز کردہ تجربے کو فنڈ فراہم کرتا ہے جو 600,000 ری پروگرام کے قابل گیٹس کو نافذ کرے گا۔کیسل مین کامیاب رہا اور 1992 میں سسٹم سے متعلق پیٹنٹ جاری کیا گیا۔^[3]

Altera اور Xilinx بغیر کسی چیلنج کے جاری رہے اور 1985 سے 1990 کی دہائی کے وسط تک تیزی سے ترقی کرتے رہے جب حریف بڑھے اور ان کے مارکیٹ شیئر کے ایک اہم حصے کو ختم کر دیا۔1993 تک، ایکٹیل (ابمائیکروسیمی) تقریباً 18 فیصد مارکیٹ کی خدمت کر رہی تھی۔^[6]

1990 کی دہائی FPGAs کے لیے سرکٹ کی نفاست اور پیداوار کے حجم دونوں میں تیزی سے ترقی کا دور تھا۔1990 کی دہائی کے اوائل میں، FPGAs بنیادی طور پر استعمال ہوتے تھے۔ٹیلی کمیونیکیشناورنیٹ ورکنگ.دہائی کے اختتام تک، FPGAs نے صارفین، آٹوموٹو، اور صنعتی ایپلی کیشنز میں اپنا راستہ تلاش کر لیا۔^[8]

2013 تک، Altera (31 فیصد)، ایکٹیل (10 فیصد) اور Xilinx (36 فیصد) مل کر FPGA مارکیٹ کے تقریباً 77 فیصد کی نمائندگی کرتے تھے۔^[9]

مائیکروسافٹ جیسی کمپنیوں نے اعلی کارکردگی کو تیز کرنے کے لیے FPGAs کا استعمال شروع کر دیا ہے، کمپیوٹیشنل انٹینسیو سسٹم (جیسےڈیٹا سینٹرزجو ان کا کام کرتے ہیں۔بنگ سرچ انجن)، کی وجہ سےکارکردگی فی واٹفائدہ FPGAs فراہم کرتا ہے۔^[10]مائیکروسافٹ نے FPGAs کا استعمال شروع کیا۔تیز کرناBing نے 2014 میں، اور 2018 میں FPGAs کو اپنے ڈیٹا سینٹر کے کام کے بوجھ پر تعینات کرنا شروع کیا۔Azure کلاؤڈ کمپیوٹنگپلیٹ فارم^[11]

درج ذیل ٹائم لائنز FPGA ڈیزائن کے مختلف پہلوؤں میں پیش رفت کی نشاندہی کرتی ہیں:

گیٹس

• 1987: 9,000 گیٹس، Xilinx^[6]
• 1992: 600,000، نیول سرفیس وارفیئر ڈیپارٹمنٹ^[3]
• ابتدائی 2000: لاکھوں^[8]
• 2013: 50 ملین، Xilinx^[12]

مارکیٹ کا سائز

• 1985: پہلا تجارتی FPGA: Xilinx XC2064^[5][6]
• 1987: 14 ملین ڈالر^[6]
• c1993: >$385 ملین^{[6][ناکام تصدیق]}
• 2005: $1.9 بلین^[13]
• 2010 کا تخمینہ: $2.75 بلین^[13]
• 2013: $5.4 بلین^[14]
• 2020 کا تخمینہ: $9.8 بلین^[14]

ڈیزائن شروع ہوتا ہے۔

اےڈیزائن شروعFPGA پر عمل درآمد کے لیے ایک نیا حسب ضرورت ڈیزائن ہے۔

• 2005: 80,000^[15]
• 2008: 90,000^[16]

ڈیزائن[ترمیم]

معاصر FPGAs کے پاس بڑے وسائل ہیں۔منطق کے دروازےاور پیچیدہ ڈیجیٹل کمپیوٹیشن کو لاگو کرنے کے لیے RAM بلاکس۔جیسا کہ FPGA ڈیزائن بہت تیز I/O شرحوں اور دو طرفہ ڈیٹا کو استعمال کرتا ہے۔بسیںسیٹ اپ ٹائم اور ہولڈ ٹائم کے اندر درست ڈیٹا کی درست ٹائمنگ کی تصدیق کرنا ایک چیلنج بن جاتا ہے۔

فرش کی منصوبہ بندیوقت کی ان پابندیوں کو پورا کرنے کے لیے FPGAs کے اندر وسائل کی تقسیم کو قابل بناتا ہے۔FPGAs کا استعمال کسی بھی منطقی فنکشن کو نافذ کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے جو کہ aASICانجام دے سکتے ہیں.شپنگ کے بعد فعالیت کو اپ ڈیٹ کرنے کی صلاحیت،جزوی دوبارہ ترتیبڈیزائن کے ایک حصے کا^[17]اور ASIC ڈیزائن کے مقابلے میں کم غیر اعادی انجینئرنگ لاگت (عام طور پر زیادہ یونٹ لاگت کے باوجود)، بہت سی ایپلی کیشنز کے لیے فوائد پیش کرتی ہے۔^[1]

کچھ FPGAs میں ڈیجیٹل فنکشنز کے علاوہ اینالاگ فیچرز ہوتے ہیں۔سب سے عام ینالاگ خصوصیت ایک قابل پروگرام ہے۔سلیو ریٹہر آؤٹ پٹ پن پر، انجینئر کو ہلکے سے بھری ہوئی پنوں پر کم شرحیں مقرر کرنے کی اجازت دیتا ہے جو کہ دوسری صورت میںانگوٹھییاجوڑےناقابل قبول طور پر، اور تیز رفتار چینلز پر بھاری بھرکم پنوں پر زیادہ شرحیں مقرر کرنا جو بصورت دیگر بہت آہستہ چلیں گے۔^[18][19]کوارٹج بھی عام ہیں-کرسٹل oscillators، آن-چِپ ریزسٹنس-کیپیسیٹینس اوسیلیٹرز، اورفیز لاکڈ لوپسسرایت کے ساتھوولٹیج کے زیر کنٹرول oscillatorsگھڑی کی تیاری اور انتظام کے ساتھ ساتھ تیز رفتار سیریلائزر-ڈیسیریلائزر (SERDES) ٹرانسمٹ گھڑیوں اور ریسیور کلاک ریکوری کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔کافی عام تفریق ہیں۔موازنہ کرنے والےان پٹ پنوں پر جو منسلک ہونے کے لیے ڈیزائن کیے گئے ہیں۔فرق سگنلنگچینلزکچھ "مخلوط سگنلFPGAs" پردیی مربوط ہیں۔ینالاگ سے ڈیجیٹل کنورٹرز(ADCs) اورڈیجیٹل سے ینالاگ کنورٹرز(DACs) ینالاگ سگنل کنڈیشنگ بلاکس کے ساتھ جو انہیں ایک کے طور پر کام کرنے کی اجازت دیتا ہے۔سسٹم پر ایک چپ(ایس او سی)۔^[20]اس طرح کے آلات FPGA کے درمیان کی لکیر کو دھندلا دیتے ہیں، جو اپنے اندرونی پروگرام کے قابل انٹرکنیکٹ فیبرک پر ڈیجیٹل والے اور زیرو رکھتا ہے، اورفیلڈ پروگرام قابل اینالاگ سرنی(FPAA)، جو اپنے اندرونی پروگرام کے قابل انٹرکنیکٹ فیبرک پر ینالاگ اقدار رکھتا ہے۔

لاجک بلاکس[ترمیم]

مرکزی مضمون:لاجک بلاک

منطقی سیل کی آسان مثال کی مثال (LUT -تلاش کی میز, FA -مکمل جوڑنے والا, DFF -ڈی ٹائپ فلپ فلاپ)

سب سے عام FPGA فن تعمیر کی ایک صف پر مشتمل ہے۔منطق کے بلاکس(جسے کنفیگر ایبل لاجک بلاکس، CLBs، یا logic array blocks، LABs، وینڈر پر منحصر کہا جاتا ہے)I/O پیڈ، اور روٹنگ چینلز۔^[1]عام طور پر، تمام روٹنگ چینلز کی چوڑائی ایک جیسی ہوتی ہے (تاروں کی تعداد)۔ایک سے زیادہ I/O پیڈ ایک قطار کی اونچائی یا صف میں ایک کالم کی چوڑائی میں فٹ ہو سکتے ہیں۔

"ایک ایپلیکیشن سرکٹ کو مناسب وسائل کے ساتھ FPGA میں میپ کرنا ضروری ہے۔جبکہ مطلوبہ CLBs/LABs اور I/Os کی تعداد کا آسانی سے ڈیزائن سے تعین کیا جاتا ہے، لیکن ضرورت کے مطابق روٹنگ ٹریکس کی تعداد کافی حد تک مختلف ہو سکتی ہے حتیٰ کہ یکساں منطق والے ڈیزائنوں میں بھی۔(مثال کے طور پر، aکراس بار سوئچa سے کہیں زیادہ روٹنگ کی ضرورت ہے۔سسٹولک صفاسی گیٹ کی گنتی کے ساتھ۔چونکہ غیر استعمال شدہ روٹنگ ٹریک بغیر کسی فائدہ کے اس حصے کی لاگت کو بڑھاتے ہیں (اور کارکردگی کو کم کرتے ہیں)، اس لیے FPGA مینوفیکچررز صرف کافی ٹریک فراہم کرنے کی کوشش کرتے ہیں تاکہ زیادہ تر ڈیزائن جو کہ اس کے لحاظ سے فٹ ہوںتلاش کی میزیں(LUTs) اور I/Os ہو سکتے ہیں۔روٹ.اس کا تعین ان تخمینوں سے ہوتا ہے جیسے کہ ان سے اخذ کیا گیا ہے۔کرایہ کا قاعدہیا موجودہ ڈیزائن کے تجربات کے ذریعے۔^[21]2018 تک،نیٹ ورک آن چپروٹنگ اور انٹر کنکشن کے لیے فن تعمیر تیار کیے جا رہے ہیں۔^{[حوالہ درکار ہے]}

عام طور پر، ایک لاجک بلاک چند منطقی خلیات پر مشتمل ہوتا ہے (جسے ALM، LE، سلائس وغیرہ کہا جاتا ہے)۔ایک عام سیل 4 ان پٹ LUT پر مشتمل ہوتا ہے، aمکمل جوڑنے والا(FA) اور اےڈی ٹائپ فلپ فلاپ.یہ دو 3-ان پٹ LUTs میں تقسیم ہو سکتے ہیں۔میںنارمل موڈان کو پہلے کے ذریعے 4 ان پٹ LUT میں ملایا جاتا ہے۔ملٹی پلیکسر(mux)۔میںریاضیموڈ، ان کے آؤٹ پٹس کو ایڈر کو کھلایا جاتا ہے۔موڈ کا انتخاب دوسرے مکس میں پروگرام کیا جاتا ہے۔آؤٹ پٹ یا تو ہو سکتا ہے۔ہم وقت سازیامتضاد، تیسرے mux کی پروگرامنگ پر منحصر ہے۔عملی طور پر، ایڈر کے پورے یا حصے ہیں۔افعال کے طور پر محفوظ کیا جاتا ہے۔بچانے کے لیے LUTs میںجگہ.^[22][23][24]

ہارڈ بلاکس[ترمیم]

جدید FPGA فیملیز مندرجہ بالا صلاحیتوں کو وسعت دیتے ہوئے سلیکون میں طے شدہ اعلیٰ سطح کی فعالیت کو شامل کرتے ہیں۔ان عام افعال کو سرکٹ میں سرایت کرنے سے مطلوبہ رقبہ کم ہو جاتا ہے اور ان افعال کو منطقی پرائمیٹوز سے بنانے کے مقابلے میں تیز رفتاری ملتی ہے۔ان کی مثالیں شامل ہیں۔ضارب, عامڈی ایس پی بلاکس،سرایت شدہ پروسیسرز، تیز رفتار I/O منطق اور سرایت شدہیادیں.

اعلی درجے کے FPGA میں تیز رفتار ہوسکتی ہے۔ملٹی گیگابٹ ٹرانسیوراورسخت IP کورجیسا کہپروسیسر کور،ایتھرنیٹ درمیانی رسائی کنٹرول یونٹس،پی سی آئی/پی سی آئی ایکسپریسکنٹرولرز، اور بیرونی میموری کنٹرولرز۔یہ کور قابل پروگرام تانے بانے کے ساتھ موجود ہیں، لیکن وہ اس سے بنے ہیں۔ٹرانجسٹرLUTs کے بجائے تاکہ ان کے پاس ASIC سطح ہو۔کارکردگیاورطاقت کا استعمالتانے بانے کے وسائل کی ایک خاص مقدار استعمال کیے بغیر، زیادہ سے زیادہ تانے بانے کو اطلاق کے لیے مخصوص منطق کے لیے چھوڑ کر۔ملٹی گیگابٹ ٹرانسسیورز میں ہائی پرفارمنس اینالاگ ان پٹ اور آؤٹ پٹ سرکٹری کے ساتھ ہائی سپیڈ سیریلائزرز اور ڈیسیریلائزرز بھی ہوتے ہیں، ایسے اجزاء جو LUTs سے نہیں بنائے جا سکتے۔اعلی سطحی جسمانی تہہ (PHY) فعالیت جیسےلائن کوڈنگFPGA کی بنیاد پر سخت منطق میں سیریلائزرز اور ڈیسیریلائزرز کے ساتھ ساتھ لاگو کیا جا سکتا ہے یا نہیں۔