Assemblaggio PCB FPGA

Cos'è l'FPGA?

FPGA (Array di porte programmabili sul campo) è un chip di circuito riconfigurabile e un'architettura hardware riconfigurabile. La progettazione dell'FPGA non è una semplice ricerca sui chip, ma utilizza principalmente la modalità FPGA per progettare prodotti in altri settori. Attraverso la programmazione, Gli utenti FPGA possono modificare il proprio scenario applicativo in qualsiasi momento. Può simulare varie operazioni parallele della CPU, GPU e altro hardware. Attraverso l'interconnessione dell'interfaccia ad alta velocità con l'hardware di destinazione, L'FPGA può completare la bassa efficienza operativa dell'hardware di destinazione, in modo da realizzare un’accelerazione a livello di sistema.

Il progettista del sistema può connettere i blocchi logici all'interno dell'FPGA tramite connessioni modificabili secondo necessità, proprio come un circuito stampato è inserito in un chip. Il blocco logico e la connessione di un FPGA finito possono essere modificati a seconda del progettista, in modo che l'FPGA possa completare le funzioni logiche richieste.

In generale, L'FPGA è più lento dell'ASIC (chip integrato specifico per l'applicazione), che non può completare un progetto complesso, ma il consumo energetico è basso. Ma hanno anche molti vantaggi, come prodotti finiti veloci, può essere modificato per correggere errori nel programma e costi più economici. I produttori possono anche fornire FPGA economici ma scarsamente modificabili. Perché questi chip hanno scarsa capacità modificabile, lo sviluppo di questi progetti viene completato su un normale FPGA, e poi il progetto viene trasferito su un chip simile all'ASIC.

Perché utilizzare l'FPGA?

Al giorno d'oggi, Legge di Moore dei processori per scopi generali (CPU) è nei suoi anni del crepuscolo, mentre la portata dell’apprendimento automatico e dei servizi web sta crescendo in modo esponenziale. Le persone utilizzano hardware personalizzato per accelerare le attività informatiche comuni, ma il settore in rapida evoluzione richiede che questo hardware personalizzato possa essere riprogrammato per eseguire nuovi tipi di attività informatiche.

L'FPGA è stato utilizzato come sostituto di piccoli lotti per chip speciali (ASIC) per molti anni. Tuttavia, negli ultimi anni, è stato distribuito su larga scala nei data center di Microsoft, Baidu e altre società forniscono allo stesso tempo una potente potenza di calcolo e sufficiente flessibilità.

Allora perché l'FPGA è così veloce? Ciò è dovuto al foglio dei coetanei.

CPU e GPU appartengono alla struttura di von Neumann, decodifica ed esecuzione delle istruzioni, e memoria condivisa. FPGA è un'architettura senza istruzioni e memoria condivisa, il che rende l'efficienza energetica del chip FPGA molto superiore a quella della CPU e persino della GPU.

Nella struttura di Feng, dall'unità di esecuzione (come il core della CPU) può eseguire qualsiasi istruzione, è necessaria una memoria di istruzioni, decodificatore, unità aritmetica di varie istruzioni e logica di elaborazione del salto di ramo. Perché la logica di controllo del flusso delle istruzioni è complessa, è impossibile avere troppi flussi di istruzioni indipendenti. Perciò, La GPU utilizza SIMD (flusso di istruzioni singole flusso di dati multipli) per consentire a più unità di esecuzione di elaborare dati diversi allo stesso ritmo, e la CPU supporta anche le istruzioni SIMD.

La funzione di ciascuna unità logica dell'FPGA è stata determinata durante la riprogrammazione (bruciando), e non sono necessarie istruzioni.

Se la GPU viene utilizzata per l'accelerazione, per sfruttare appieno la potenza di calcolo della GPU, la dimensione del lotto non può essere troppo piccola, e il ritardo sarà massimo di millisecondi. Quando si utilizza FPGA per accelerare, è richiesto solo un ritardo di microsecondi.

Allora perché il ritardo dell'FPGA è molto inferiore a quello della GPU? Questa è essenzialmente una differenza architettonica.

L'FPGA ha sia il parallelismo della pipeline che il parallelismo dei dati, mentre la GPU ha quasi solo il parallelismo dei dati (la profondità della pipeline è limitata).

Quali sono le caratteristiche dell'FPGA?

Diciamo che l'FPGA si presenta come un circuito semi custom nel campo dei circuiti integrati application specific (ASIC). Non solo risolve le carenze dei circuiti personalizzati, ma supera anche i limiti del numero limitato di circuiti di gate dei dispositivi programmabili originali.

Rispetto al chip ASIC, una caratteristica importante dell'FPGA è la sua caratteristica programmabile, questo è, gli utenti possono specificare l'FPGA per realizzare un circuito digitale specifico tramite il programma. Inoltre, Il chip FPGA è una delle scelte migliori per i sistemi di piccoli lotti per migliorare l'integrazione e l'affidabilità del sistema.

Struttura interna di base dell'FPGA

Principali produttori di FPGA

1. Xilinx, la piattaforma di sviluppo è ISE

2. Altera, la piattaforma di sviluppo è Quartus II

3. Actel, la piattaforma di sviluppo è libera

4. Reticolo, piattaforma software reticolo radiante

5. Atmel

6. Xilinx, piattaforma software Vitis

7. Intel Altera, piattaforma software Quartus II

Piattaforma softphone, softphone 8

9. Microchip

Lo schema di sistema della scheda di sviluppo FPGA per realizzare l'elettronica del motore e di controllo basata su MCU, ASIC personalizzato e cablaggio ingombrante sono stati sviluppati vicino ai suoi limiti tecnici e applicativi, e l’industria automobilistica si trova ad affrontare nuove sfide progettuali.

I progettisti di elettronica automobilistica possono migliorare significativamente la loro capacità di gestire più guasti utilizzando la tecnologia FPGA con intervallo di temperatura esteso. Sebbene molti fornitori di componenti utilizzino tecniche di progettazione preventiva e metodi limitati per simulare e simulare l'impatto ambientale, alcune architetture FPGA presentano ancora vantaggi intrinseci nel resistere a un intervallo di temperature esteso.

Gli ambienti estremi spesso portano a modalità di guasto legate all'assemblaggio e al packaging dell'FPGA, indipendente dal dispositivo stesso. Perciò, è molto importante riservare spazio alle specifiche a tutti i livelli del sistema elettronico automobilistico. I prodotti forniti dai fornitori FPGA come Xilinx e Actel hanno un ampio intervallo di temperature militari, che può definire meglio il coefficiente di dilatazione termica ed evitare l'influenza dello stress termico.

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