Ce sunt circuitele FPGA (Field-Programmable Gate Array) si CPLD (Complex Programmable Logic Device)?

Timp de citit: 3 minute

Cursul prezinta circuitele cunoscute sub numele de FPGA (Field-Programmable Gate Array) si respectiv CPLD (Complex Programmable Logic Device), cu accentul pus pe circuitele unuia din producatorii reprezentativi de astfel de circuite, firma Xilinx.

Se presupune ca cititorul este familiarizat cu circuitele programabile clasice de tip PLD (cum ar fi PAL sau GAL) cunoscute si sub denumirea de SPLD (Simple Programmable Logic Device).

Ce sunt circuitele FPGA si CPLD?

Pastrand proportiile am putea spune ca circuitele FPGA si CPLD sunt echivalentul modern al placilor universale de testare (breadboard) pe care erau montate circuite numerice simple (porti, bistabile, etc.) care puteau fi apoi interconectate prin intermediul unor fire de catre utilizator pentru a testa o anumita aplicatie.

Afirmatia va fi, evident, justificata in cele ce urmeaza. Inainte de a aborda problematica specifica trebuie mentionate si circuitele cunoscute sub denumire de ASIC (Application-Specific Integrated Circuit).

Ce sunt circuitele ASIC?

ASIC este un circuit integrat complex dedicat implementarii unei aplicatii particulare, mai degraba decat unei utilizari generale. Un circuit ASIC este proiectat de o anumita companie si este realizat pentru un singur beneficiar (client).

Cresterea exponentiala a densitatii de integrare a circuitelor VLSI face posibila integrarea aproape a tuturor sub sistemelor numerice imaginabile.

Ce include un circuit ASIC?

Un circuit ASIC poate include un microprocesor de 32 de biti impreuna cu memorie si periferice complexe, caz in care mai poate fi referit si ca un SoC (System on Chip) prin care se intelege un sistem de calcul realizat pe un singur microcircuit.

SoC este in realitate o notiune foarte larga tinand cont ca printre periferice se pot numara sisteme analogice complexe, senzori de tip MEMS (bazati pe micro sau nano tehnologii mecanice) si chiar sisteme de radiofrecventa performante.

Care sunt diferentele dintre FPGA si ASIC?

Un exemplu tipic de ASIC si SoC in acelasi timp este un circuit cu ajutorul carora se realizeaza cea mai mare parte a unui telefon mobil.

Argumentele in favoarea conceptului SoC seamana acum cu cele care, cu mult timp in urma, justificau dezvoltarea circuitelor integrate numerice: scaderea dimensiunilor, reducerea consumului energetic si cresterea fiabilitatii comparativ cu sistemele care utilizau mai multe componente, reducerea costurilor legate de montare, totul la o alta scara de complexitate.

Ce sunt circuitele ASSP?

ASSP (Application Specific Standard Product) este tot un circuit integrat similar ASIC dedicat unei anume piete de aplicatii, dar destinat mai multor utilizatori (de aici si "standard").

Circuitele de tip ASSP sunt destinate mai multor clienti pentru ca sunt de uz general, dar numarul acestora este mic pentru ca aplicatia este una specifica.

Un aspect important legat de circuitele ASIC sunt costurile legate de pregatirea fabricatiei si partial de proiectarea lui. Costurile respective referite drept costuri NRE (Non Recurring Engineering) sunt uzual foarte mari (x 100000 USD) chiar si pentru un circuit pur numeric astfel ca este important sa fii sigur ca aplicatia se va vinde intr-un volum mare pentru ca aceste costuri sa poata fi amortizate.

Un alt aspect este ca, in acest caz, pregatirea procesului tehnologic de fabricatie referitor la (re)dimensionarea suprafetei de siliciu pentru produse de tip ASIC dureaza mult timp, astfel ca eventualele intarzieri la lansarea produsului pe piata pot reduce profitabilitatea.

Sistemul numeric dintr-un ASIC

Sistemul numeric dintr-un ASIC care este si cel mai important sub sistem poate fi implementat prin mai multe tehnologii, functie si de scara de productie necesara.

Pentru realizarea acestuia se utilizeaza ca principale tehnologii:

• circuite total dedicate (full custom);
• circuite bazate pe celule standard (standard cell);
• circuite FPGA.

Bibliografie:

https://www.xilinx.com/
https://twitter.com/XilinxInc
https://anysilicon.com/
http://indico.ictp.it