По истории информатики на тему (стр. 2 из 3)

Xilinx

Не оставляет без внимания рынок CPLD и крупнейший производитель ПЛИС с FPGA-архитектурой, выпускающий несколько семейств таких микросхем, – компания Xilinx. CPLD серий ХС9500, CoolRunner, CoolRunner XPLA3 и CoolRunner-II. Интерес компании к ПЛИС этого типа связан с совершенствованием технологии и снижением издержек производства, улучшением производительности и надежности, благодаря чему расширяется их применение для реализации конструкций на базе устаревших "дискретных" логических микросхем. В 2003 году доля компании на рынке CPLD составила 21% против 18% в 2002-м.

3. Развитие ПЛИС (FPGA)

Типичная FPGA - это микросхема, которая состоит из массива абсолютно одинаковых ячеек с программируемыми соединениями. Пользователь может запрограммировать функции, которые будут выполняться каждой из логических ячеек, и соединения между ними. Такие PGA часто называются FPGA, поскольку они являются программируемыми в условиях эксплуатации.

Основу структуры FPGA составляет матрица логических элементов (LogicElement - LE), между которыми располагается поле межсоединений: совокупность горизонтальных и вертикальных каналов. В FPGA линии каналов состоят из отдельных сегментов, соединяемых программируемыми матрицами переключений. По краям кристалла FPGA расположены блоки ввода-вывода (Input/OutputBlocks - IOBs).

В 1985 произошел запуск производства первой FPGA-микросхемы, Xilinx XC2064 с 1000 вентилей. В ней применялась 3-микронная технология.

В 1994 компания Altera вышла на рынок с FPGA устройствами семейства FLEX.

Таблица 1. Характеристики семейства FLEX6000

В 1995 году, фирма алтера создала партнерство AMPP по разработке IP-ядер – готовых блоков для ПЛИС. Последныы разработка - собственный процессор Nios II корпорации Altera - единственное программное ядро среди десятка лучших процессоров, которое наиболее широко используется системными проектировщиками сегодня. В дополнение к процессору Nios, корпорация Altera предлагает большое количество комплексных IP функций системного уровня, оптимизированных для приборов корпорации Altera. Эта библиотека IP ядер содержит частные и залицензированные ядра, что дает возможность нашим потребителям дифференцировать их конструкции и эффективно формировать законченное системное решение на одном программируемом кристалле. Разработанные, перепроверенные и залицензированные корпорацией Altera функции Altera MegaCore® обеспечивают разработчиков широким набором функций от ведущих/целевых PCI интерфейсов до фильтров с конечной импульсной характеристикой (FIR). Интеллектуальную собственность можно получить через программу Altera Megafunction Partners Program (AMPP), которая подразумевает заключения договора между корпорацией Altera и разработчиками с целью оптимизации и разработки новых функций.

Современные FPGA

FPGA фирмы Altera

Cyclone FPGA FPGA микросхемы семейства Cyclone выполнены по 0.13 мкм SRAM технологии с медной металлизацией и напряжением питания ядра 1.5В.

Cyclone II FPGA FPGA микросхемы семейства Cyclone II выполнены по 90 нм SRAM технологии с медной металлизацией и напряжением питания ядра 1.2В.
Cyclone III FPGA FPGA микросхемы семейства Cyclone III выполнены по 65 нм SRAM технологии фирмы Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Рабочий диапазон температур - от -40 до +125 градусов Цельсия. Как и в предыдущих сериях, аппаратные ядра не предусмотрены, однако, помимо синтезируемого 32-разрядного ядра процессоров NiosII, для данной архитектуры разработано специальное синтезируемое 32-разрядное ядро процессора Cortex-M1 фирмы ARM. Учёт архитектуры Cyclone III при его разработке позволяет работать данному синтезируемому ядру существенно быстрее, чем NiosII. При реализации Cortex-M1 в ПЛИС с показателем быстродействия "-6" достигается тактовая частота 100 МГц. Для задач цифровой обработки сигналов в платах реализовано до 288 18-битных умножителей, работающих на эффективной частоте 260 МГц.

Stratix FPGA Семейство микросхем программируемой логики Stratix выполнено по технологии 0.13 мкм SRAM конфигурацией и медной металлизацией.

Stratix GX FPGA Семейство микросхем программируемой логики Stratix GX выполнено по технологии 0.13 мкм SRAM конфигурацией и медной металлизацией, с оптимизацией для приложений, требующих передачи данных до 3.125 Гбит/с.

Stratix II FPGA Семейство микросхем программируемой логики Stratix II выполнено по технологии 90 нм - 1.2 В.

Stratix II GX FPGA Как и Arria GX, Stratix II GX оптимизирован для работы с протоколами ввода-вывода для обеспечения более полной загрузки системы. Технология 90 нм.

Arria GX FPGA (2007) Arria GX - первая FPGA, оптимизированная для работы с протоколами ввода-вывода (теми же, что используются в Stratix II GX). Технология 90 нм.

Stratix III FPGA (2006) Семейство Stratix III FPGA имеет два варианта устройств: Stratix III L - для приложений со сложной логикой, и Stratix III E - для приложений типа обработки сигналов и с активной работой оперативной памяти. Основанное на 65-нм технологии, даёт выигрыш до 50% в энергопотреблении по сравнению с предыдущим поколением - Stratix II, давая в то же время повышение скорости работы до 35%. Технология 65 нм.

FPGA фирмы Xilinx

Virtex/E/EM FPGA Было выпущено в октябре 1999 года. Технология производства 0.18 мкм SRAM.

Virtex-II FPGA Было выпущено в начале 2001 года. ПЛИС семейства Virtex-II реализуют новую идеологию Platform FPGA, подразумевающую что ПЛИС становится основным компонентом цифрового устройства. Технология 0.15 мкм.

Virtex-II Pro FPGA Было выпущено в 2002 году. Архитектура основана на архитектуре семейства Virtex-II, но добавились блоки процессора PowerPC-405, что позволяет программировать непосредственно в кодах этого процессора, а также блоки последовательных приемо-передатчиков со скоростью передачи данных 3.125 ГБит/с, в кристаллах Virtex-II ProX - 10.3125 Гбит/с. Повышено внутреннее быстородействие элементов кристалла - технология 0.13 мкм.

Virtex-4 FPGA Семейство Virtex-4 - ПЛИС фирмы Xilinx с архитектурой FPGA 90-нм. Инновационная ASMBL-архитектура (Advanced Silicon Modular Block) являлась уникальной в индустрии программируемой логики. ПЛИС семейства Virtex-4 включает три подсемейства (платформы): LX, FX и SX. Как и в Virtex-II Pro, присутствуют аппаратно реализованные блоки процессора PowerPC-405 и блоки последовательных приемо-передатчиков.

FPGA Xilinx Virtex-5 (2007) предназначены для быстродействующих приложений, взаимодействующих с последовательными шинами с пропускной способностью от 100 Мбит/с до 3,2 Гбит/с. В состав Virtex-5 включены аппаратные блоки PCI Express (PCIe) и MAC-адаптера Ethernet 10/100/1000 Мбит/с. Virtex-5 обеспечивают на 30% более высокое быстродействие, на 65% большее количество логических узлов и потребляют на 35% меньше электроэнергии, чем 90-нм FPGA. Для обеспечения быстродействия приложений цифровой обработки сигналов вместо ядра PowerPC-405 в предшествующих сериях вставлено аппаратное ядро DSP48E, реализующее параллельное перемножение с возможностью 48-разрядного и 96-разрядного накопления на рабочей частоте 550 МГц (для 48-разрядных результатов).

Spartan-3E FPGA Семейство Spartan-3E специально разработано для использования в электронных устройствах, рассчитанных на большие тиражи и недорогие комплектующие. Семейство Spartan-3E является дальнейшим развитием семейства Spartan-3. Увеличение отношения логической ёмкости к количеству блоков ввода-вывода позволило существенно снизить себестоимость кристаллов в перерасчете на одну логическую ячейку. Технологический процесс 90 нм. Аппаратных ядер нет, есть поддержка синтезируемых ядер микропроцессоров MicroBlaze (32-бит) и PicoBlaze (8-бит).

Spartan-3 FPGA 1.2В серия семейства ПЛИС с архитектурой FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) Spartan-3 специально разработана для использования в электронных устройствах, рассчитанных на большие тиражи и невысокую стоимость комплектующих. Технологический процесс 90 нм. Аппаратных ядер нет, есть поддержка синтезируемых ядер микропроцессоров MicroBlaze (32-бит) и PicoBlaze (8-бит).

Рисунок 3. Типичная структура ПЛИС FPGA

4. Программируемые системы на кристалле Cypress PSoC

С появлением программируемых систем на кристалле (PSoC) фирмы Cypress разработчики получили мощный инструмент для проектирования; система на кристалле по цене восьмибитного микроконтроллера. В чипах PSoC встроены массивы аналоговых и цифровых блоков, на порядок более функциональных, чем фиксированная периферия. Такие стандартные элементы микроконтроллеров как АЦП, ЦАПы, таймеры, счетчики,ШИМы, UART легко реализуются в PSoC. Кроме того, элементы обычно не входящие в состав 8-битных м/к, такие как фильтры, усилители, генераторы случайных чисел также можно разместьть в этих чипах. Таким образом одна микросхема PSoC заменяет несколько компонентов схемы построенной на стандартных микроконтроллерах. Все функции, внутренние соединения, внутренняя конфигурация, и даже контакты ввода вывода перепрограммируются пользователем.

Микросхемы PSoC Cypress впервые появились в 2001 году. Фактически это был прорыв в развитии микроконтроллеров, значительно упростивший процесс разработки электронных систем. На сегодняшний день выпускается несколько серий PSoC микроконтроллеров:

· CY8C21xxx

· CY8C22xxx

· CY8C24xxx

· CY8C27xxx

· CY8C29xxx