Новости

Jul 14, 2023

Что такое программируемая вентильная матрица?

Эрни Смит — бывший сотрудник BizTech, блоггер старой школы, специализирующийся на побочных проектах, и помешанный на истории технологий, который ради развлечения исследует старинные операционные системы. Когда дело доходит до майора

Эрни Смит — бывший сотрудник BizTech, блоггер старой школы, специализирующийся на побочных проектах, и помешанный на истории технологий, который ради развлечения исследует старинные операционные системы.

Когда речь идет об основных типах микросхем, используемых в компьютерах, основное внимание уделяется центральным процессорам (ЦП) или графическим процессорам (ГП). Но это не единственные типы чипов, которые могут помочь в формировании вычислительного опыта: другой тип чипов, называемый программируемой вентильной матрицей (FPGA), представляет собой чрезвычайно гибкий вид интегральной схемы, которую можно перепрограммировать.

Эта технология существует уже 40 лет, но только сейчас она набирает обороты в ИТ-средах, особенно в облаке и центрах обработки данных.

FPGA — это тип интегральной схемы, которая позволяет воссоздавать электронную схему внутри чипа по мере необходимости. Конечный пользователь может запрограммировать его на работу определенным образом, используя программный подход к созданию специализированных схем.

FPGA имеет долгую и богатую историю в области вычислений. Его основные концепции основаны на предшествующих технологиях, таких как программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), которое появилось в 1960-х годах, и вентильная матрица, программируемая по маске, с которой Motorola и Texas Instruments впервые экспериментировали в начале 1970-х годов. Как и FPGA, эти технологии можно перепрограммировать. Однако их нельзя изменить динамически. Например, многие базовые PROM допускают только двоичные изменения, которые выполняются аппаратно.

Коммерческий рынок FPGA зародился в начале 1980-х годов, во главе с появлением компаний Altera, которая разработала первое перепрограммируемое логическое устройство в 1984 году, и Xilinx, которая вывела на рынок первую коммерчески жизнеспособную FPGA.

Altera и Xilinx имели долгую независимую историю и в течение многих лет были единственными производителями устройств FPGA. Конкуренция между двумя компаниями помогла превратить FPGA в успешную технологию на рынке встраиваемых систем.

Каждая компания недавно была приобретена одним из крупнейших гигантов процессоров: Intel приобрела Altera за 16,7 млрд долларов в 2015 году, а AMD завершила приобретение Xilinx за 50 млрд долларов в начале 2022 года, что стало крупнейшим приобретением в индустрии чипов. Эти приобретения повлияют на роль FPGA в будущих вычислениях, в том числе в вашем ИТ-стеке.

Нажмите нижечтобы получать эксклюзивный контент данных при регистрации в качестве инсайдера.

Думайте о FPGA как о более динамичной версии интегральной схемы, которой можно управлять для решения более специализированных задач. Вместо задач общего назначения, которые часто решаются центральными или графическими процессорами, FPGA могут адаптироваться к поставленной задаче. Это может привести к более специализированным результатам, но требует настройки.

Центральное место в концепции FPGA занимает вентильная матрица — разновидность специализированной интегральной схемы (ASIC), используемая для физического изменения схемы микросхемы для конкретного случая использования, создавая «полузаказную» микросхему. FPGA заменяет механический процесс использованием языка описания аппаратного обеспечения, своего рода языка программирования, который определяет поведенческую структуру чипа. Поклонники компьютеров старой школы и видеоигр использовали FPGA, чтобы предложить точное воссоздание аппаратного обеспечения, которое больше не производится, в качестве альтернативы программной эмуляции.

В одном популярном DIY-проекте под названием MiSTer используется DE-10 Nano, основанный на системе Intel Cyclone V на кристалле, для воссоздания чипов старинных компьютеров и игровых консолей. Еще одним преимуществом является то, что современные FPGA могут динамически реализовывать все аппаратные функции старинных систем, таких как Commodore Amiga или Nintendo Entertainment System.

ВЫЯСНИТЬ:Как данные и искусственный интеллект изменят мир информационных технологий в 2023 году.

FPGA вписывается в более широкий класс интегральных схем, обычно используемых во встроенных системах, таких как ASIC и микроконтроллер. За последние годы во всех трех системах произошли значительные улучшения благодаря интегрированному подходу «система на кристалле». Микроконтроллер послужил источником многих инноваций, которые можно увидеть в процессорах на базе ARM, например, в смартфонах и процессорах Apple. Хотя микроконтроллеры могут использоваться в тех же областях, что и ASIC и FPGA, они, как правило, имеют больше общего с традиционными процессорами.