FPGA PCBA

เอฟพีจีเอคืออะไร?

เอฟพีจีเอ (อาร์เรย์เกทที่ตั้งโปรแกรมได้ภาคสนาม) คือชิปวงจรที่กำหนดค่าใหม่และสถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ที่กำหนดค่าใหม่ได้. การออกแบบ FPGA ไม่ใช่การวิจัยชิปง่ายๆ, แต่ส่วนใหญ่จะใช้โหมด FPGA เพื่อออกแบบผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมอื่นๆ. ผ่านการเขียนโปรแกรม, ผู้ใช้ FPGA สามารถเปลี่ยนสถานการณ์การใช้งานได้ตลอดเวลา. สามารถจำลองการทำงานแบบขนานต่างๆ ของ CPU ได้, GPU และฮาร์ดแวร์อื่นๆ. ผ่านการเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซความเร็วสูงกับฮาร์ดแวร์เป้าหมาย, FPGA สามารถบรรลุประสิทธิภาพการทำงานต่ำของฮาร์ดแวร์เป้าหมายได้, เพื่อให้เกิดความเร่งในระดับระบบ.

ผู้ออกแบบระบบสามารถเชื่อมต่อบล็อกลอจิกภายใน FPGA ผ่านการเชื่อมต่อที่แก้ไขได้ตามต้องการ, เช่นเดียวกับการวางแผงวงจรไว้ในชิป. ลอจิกบล็อกและการเชื่อมต่อของ FPGA ที่เสร็จแล้วสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามผู้ออกแบบ, ดังนั้น FPGA จึงสามารถทำหน้าที่ลอจิกที่จำเป็นได้สำเร็จ.

พูดโดยทั่วไป, FPGA ช้ากว่า ASIC (ชิปรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน), ซึ่งไม่สามารถออกแบบที่ซับซ้อนได้, แต่การใช้พลังงานต่ำ. แต่ก็มีข้อดีหลายประการเช่นกัน, เช่นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่รวดเร็ว, สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดในโปรแกรมได้และราคาถูกกว่า. ผู้ผลิตอาจจัดหา FPGA ราคาถูกแต่แก้ไขได้ไม่ดี. เนื่องจากชิปเหล่านี้มีความสามารถในการแก้ไขต่ำ, การพัฒนาการออกแบบเหล่านี้เสร็จสิ้นบน FPGA ธรรมดา, จากนั้นการออกแบบก็ถูกถ่ายโอนไปยังชิปที่คล้ายกับ ASIC.

ทำไมต้องใช้ FPGA?

ทุกวันนี้, กฎของมัวร์เกี่ยวกับตัวประมวลผลอเนกประสงค์ (ซีพียู) อยู่ในช่วงพลบค่ำ, ในขณะที่ขนาดของแมชชีนเลิร์นนิงและบริการบนเว็บกำลังเติบโตอย่างทวีคูณ. ผู้คนใช้ฮาร์ดแวร์แบบกำหนดเองเพื่อเร่งงานการประมวลผลทั่วไป, แต่อุตสาหกรรมที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วต้องการให้ฮาร์ดแวร์แบบกำหนดเองเหล่านี้สามารถตั้งโปรแกรมใหม่เพื่อทำงานด้านการประมวลผลประเภทใหม่ได้.

FPGA ถูกนำมาใช้แทนชิปพิเศษจำนวนเล็กน้อย (เอสิค) เป็นเวลาหลายปี. อย่างไรก็ตาม, ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา, ได้รับการปรับใช้ในขนาดใหญ่ในศูนย์ข้อมูลของ Microsoft, ไป่ตู้และบริษัทอื่นๆ มอบพลังการประมวลผลที่ทรงพลังและความยืดหยุ่นที่เพียงพอในเวลาเดียวกัน.

แล้วทำไม FPGA ถึงเร็วขนาดนี้? นี่เป็นเพราะฟอยล์ของคนรอบข้าง.

CPU และ GPU เป็นของโครงสร้าง von Neumann, การถอดรหัสคำสั่งและการดำเนินการ, และความทรงจำร่วมกัน. FPGA เป็นสถาปัตยกรรมที่ไม่มีคำสั่งและหน่วยความจำที่ใช้ร่วมกัน, ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของชิป FPGA สูงกว่า CPU และ GPU มาก.

ในโครงสร้างของเฟิง, ตั้งแต่หน่วยปฏิบัติการ (เช่น CPU core) อาจดำเนินการคำสั่งใด ๆ, จำเป็นต้องมีหน่วยความจำคำสั่ง, ตัวถอดรหัส, หน่วยเลขคณิตของคำสั่งต่างๆ และตรรกะการประมวลผลข้ามสาขา. เนื่องจากตรรกะการควบคุมของโฟลว์คำสั่งมีความซับซ้อน, เป็นไปไม่ได้ที่จะมีกระแสคำสั่งที่เป็นอิสระมากเกินไป. ดังนั้น, GPU ใช้ SIMD (คำสั่งเดียวไหลหลายกระแสข้อมูล) เพื่อให้หน่วยดำเนินการหลายหน่วยประมวลผลข้อมูลที่แตกต่างกันในจังหวะเดียวกัน, และ CPU ยังรองรับคำสั่ง SIMD.

ฟังก์ชั่นของแต่ละหน่วยลอจิกของ FPGA ถูกกำหนดในระหว่างการตั้งโปรแกรมใหม่ (การเผาไหม้), และไม่จำเป็นต้องมีคำแนะนำ.

หากใช้ GPU เพื่อการเร่งความเร็ว, เพื่อที่จะใช้พลังการประมวลผลของ GPU ได้อย่างเต็มที่, ขนาดแบทช์ต้องไม่เล็กเกินไป, และความล่าช้าจะสูงถึงมิลลิวินาที. เมื่อใช้ FPGA เพื่อเร่งความเร็ว, ต้องการความล่าช้าของพีซีเพียงไมโครวินาทีเท่านั้น.

แล้วเหตุใดความล่าช้าของ FPGA จึงต่ำกว่าของ GPU มาก? นี่คือความแตกต่างทางสถาปัตยกรรมโดยพื้นฐานแล้ว.

FPGA มีทั้งไปป์ไลน์และความขนานของข้อมูล, ในขณะที่ GPU เกือบจะมีความเท่าเทียมของข้อมูลเท่านั้น (ความลึกของท่อมีจำกัด).

FPGA มีคุณลักษณะอย่างไร?

สมมติว่า FPGA ปรากฏเป็นวงจรกึ่งกำหนดเองในด้านวงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน (เอสิค). ไม่เพียงแต่แก้ไขข้อบกพร่องของวงจรแบบกำหนดเองเท่านั้น, แต่ยังเอาชนะข้อบกพร่องของวงจรเกตจำนวนจำกัดของอุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้ดั้งเดิมอีกด้วย.

เมื่อเทียบกับชิป ASIC, คุณลักษณะที่สำคัญของ FPGA คือคุณลักษณะที่สามารถตั้งโปรแกรมได้, นั่นคือ, ผู้ใช้สามารถกำหนด FPGA เพื่อรับวงจรดิจิตอลเฉพาะผ่านโปรแกรมได้. นอกจากนี้, ชิป FPGA เป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับระบบแบตช์ขนาดเล็กเพื่อปรับปรุงการบูรณาการระบบและความน่าเชื่อถือ.

ผู้ผลิต FPGA รายใหญ่

1. ซีลินซ์, แพลตฟอร์มการพัฒนาคือ ISE

2. อัลเทร่า, แพลตฟอร์มการพัฒนาคือ Quartus II

3. แอกเทล, แพลตฟอร์มการพัฒนาคือ Libero

4. ขัดแตะ, แพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ขัดแตะสดใส

5. แอตเมล

6. ซีลินซ์, แพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ Vitis

7. อินเทล อัลเทร่า, แพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ Quartus II

แพลตฟอร์มซอฟท์โฟน, ซอฟต์โฟน 8

9. ไมโครชิป

แผนผังระบบของบอร์ดพัฒนา FPGA เพื่อรับรู้ถึงเครื่องยนต์และอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมโดยใช้ MCU, ASIC แบบปรับแต่งเองและชุดสายไฟขนาดใหญ่ได้รับการพัฒนาจนใกล้ถึงขีดจำกัดด้านเทคนิคและการใช้งานแล้ว, และอุตสาหกรรมยานยนต์กำลังเผชิญกับความท้าทายด้านการออกแบบใหม่.

ผู้ออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์สามารถปรับปรุงความสามารถในการจัดการกับข้อผิดพลาดหลายประการได้อย่างมาก โดยใช้เทคโนโลยี FPGA ที่มีช่วงอุณหภูมิที่ขยายออกไป. แม้ว่าซัพพลายเออร์ส่วนประกอบหลายรายจะใช้เทคนิคการออกแบบเชิงป้องกันและวิธีการที่จำกัดในการจำลองและจำลองผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม, สถาปัตยกรรม FPGA บางตัวยังคงมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการทนทานต่อช่วงอุณหภูมิที่ขยายออกไป.

สภาพแวดล้อมที่รุนแรงมักนำไปสู่โหมดความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการประกอบ FPGA และบรรจุภัณฑ์, เป็นอิสระจากตัวอุปกรณ์เอง. ดังนั้น, การจองห้องสเปคของระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ทุกระดับเป็นสิ่งสำคัญมาก. ผลิตภัณฑ์ที่จัดหาโดยซัพพลายเออร์ FPGA เช่น Xilinx และ Actel มีช่วงอุณหภูมิทางการทหารที่กว้าง, ซึ่งสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนได้ดีขึ้นและหลีกเลี่ยงอิทธิพลของความเครียดจากความร้อน.

UGPCB คือผู้ผลิตประกอบ PCB ครบวงจร. เราให้บริการการผลิต FPGA PCB และการประกอบ FPGA PCB