Was ist FPGA und wofür wird es verwendet?

FPGAs bieten Vorteile für verschiedene Arten von elektronischen Geräten. Von der Flugzeugnavigation über medizinische Ultraschallgeräte bis hin zu Datensuchmaschinen verlassen sich die Menschen auf FPGAs bei der Entwicklung und Nutzung der Technologie, die sie täglich verwenden.

Dieser Artikel enthält Informationen darüber, was FPGA ist und wofür es verwendet wird. Wenn Sie sich für diese Themen interessieren, werden Sie diesen Artikel gerne lesen.

Was ist FPGA?

FPGA ist ein Akronym, das für steht Feldprogrammierbares Gate-Array. Es ist ein Halbleiterbauelement basierend auf einer Matrix von konfigurierbaren Logikblöcken (CLBs), wobei ein Großteil der elektrischen Funktionalität im Inneren des Geräts vom Konstrukteur geändert werden kann.

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FPGA zeichnet sich durch eine Reihe miteinander verbundener digitaler Subschaltungen aus, die gemeinsame Funktionen implementieren und gleichzeitig ein hohes Maß an Flexibilität bieten. FPGAs gehören zu einer Klasse von Geräten, die als programmierbare Logik (oder programmierbare Hardware) bezeichnet werden. FPGA macht selbst nichts; vielmehr ist sie so konfiguriert, dass sie eine beliebige digitale Schaltung ist, die erforderlich ist. Also, wie funktioniert es?

Wie funktioniert ein FPGA?

Es ist einfach zu verstehen, wie ein FPGA funktioniert. Dabei wird eine Konfiguration in das FPGA geladen, die sich dann wie jede beliebige Schaltung zu verhalten beginnt. Keine Hektik, kein Stress. Es ist RAM-basierte Konfiguration bedeutet, dass es unbegrenzt oft umkonfiguriert werden kann.

Arten von FPGA

Es gibt zwei Möglichkeiten, FPGAs zu klassifizieren: nach ihrer internen Anordnung der Blöcke oder nach ihrer Art der Programmiertechnologie. FPGAs fallen hinsichtlich ihrer Anordnung in eine von drei Kategorien:

1. Symmetrische Arrays: Diese Anordnung besteht aus Reihen und Spalten verbundener Logikblöcke, umgeben von Ein-/Ausgangsblöcken.
2. Zeilenbasierte Architektur: Diese Anordnung wechselt Reihen von Logikblöcken und programmierbaren Verbindungsressourcen mit Eingabe-/Ausgabeblöcken entlang der Kanten ab.
3. Hierarchische PLDs (Programmable Logic Devices): Diese haben ein komplexeres Layout. Die oberste Ebene besteht aus Logikblöcken und Verbindungen. Die Logikblöcke enthalten Logikmodule, die kombinatorische und sequentielle Funktionselemente aufweisen.

Häufige Verwendungen von FGPA

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen für FPGA, die eine Vielzahl von Bereichen abdecken. Die Anwendungsfälle umfassen:

1. Video- und Bildbearbeitung.
2. Militärische Anwendungen.
3. Softwaredefiniertes Funkgerät.
4. Medizinische Bildgebung.
5. Kabelgebundene und kabellose Kommunikation.
6. Integration mehrerer einfacher programmierbarer Logikbausteine.
7. Spracherkennung.
8. Kryptographie.
9. Digitale Signalverarbeitung.
10. ASIC-Prototyping.
11. Gerätecontroller.
12. Emulationssysteme für Computerhardware.
13. Bioinformatik.
14. High Performance Computing.
15. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung.
16. ASIC-Prototyping.
17. Automobil.
18. Unterhaltungselektronik ausgestrahlt.
19. Medizinisches Rechenzentrum.
20. Wissenschaftliche und industrielle Instrumente.

Vorteile der Verwendung von FPGA

FPGA bietet viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Implementierungen.

Die Unterschiede zwischen FPGA und ASIC

ASIC (Application Specific Integrated Circuits) und FPGAs haben unterschiedliche Wertversprechen. Was FPGAs von ASIC unterscheidet, ist die Tatsache, dass FPGAs auf eine gewünschte Anwendung umprogrammiert werden können oder Funktionalitätsanforderungen nach der Herstellung, während ASIC kundenspezifisch für ein bestimmtes Design hergestellt wird Aufgaben. Diese Umprogrammierungsänderungen können während des PCB-Bestückungsprozesses (Printed Circuit Board) oder sogar nach dem Versand der Geräte an den Kunden erfolgen.

Obwohl es zwar einmal programmierbare (OTP) FPGAs gibt, sind die vorherrschenden und gebräuchlichsten Typen RAM-basiert, was sie im Zuge der Weiterentwicklung des Designs umprogrammierbar macht.

Darüber hinaus werden FPGAs ab Lager verkauft, im Gegensatz zu ASICs, die Fertigungszyklen erfordern, die mehrere Monate dauern.

Leistung und Vielseitigkeit von FPGA

FPGA bietet überlegene Leistung und Vielseitigkeit, was sie zur ersten Technologie für Personen und Organisationen macht, die Chips optimieren oder Chips für ihre Arbeitslast ändern möchten.

Ein gutes Beispiel für die zunehmende Bedeutung von FPGAs findet sich im Bereich der künstlichen Intelligenz. Da künstliche Intelligenz immer mehr an Bedeutung gewinnt, hat auch die Bedeutung von FPGAs zugenommen. In bestimmten Fällen, FGPAs übertreffen GPUs (Graphical Processing Units) bei der Analyse riesiger Datenmengen für maschinelles Lernen.

Calvin Ebun-Amu (40 veröffentlichte Artikel)

Calvin ist Autor bei MakeUseOf. Wenn er nicht Rick und Morty oder seinen Lieblingssportteams zusieht, schreibt Calvin über Startups, Blockchain, Cybersicherheit und andere Bereiche der Technologie.

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