מה זה FPGA?
FPGA ראשי תיבות של Field-Programmable Gate Array.
FPGA הם מכשירים גמישים וניתנים לתכנות מחדש המגשרים על הפער בין תוכנה לחומרה מותאמת אישית,
מה שהופך אותם לכלי בעל ערך לפיתוח מערכות דיגיטליות ויצירת אב טיפוס מהיר במגוון תעשיות.
בניגוד למעגלים משולבים ספציפיים ליישום (ASIC), אשר מיועדים לפונקציות ספציפיות ואינם ניתנים לשינוי לאחר הייצור,
רכיבי FPGA הם גמישים וניתנים לתכנות מחדש כדי ליישם פונקציות לוגיות דיגיטליות שונות, מה שהופך אותם למגוונים מאוד.
להלן כמה תכונות ומאפיינים מרכזיים של FPGA:
יכולת תצורה: FPGA מורכב ממערך של בלוקים לוגיים הניתנים להגדרה (CLB) וחיבורים ניתנים לתכנות.
משתמשים יכולים להגדיר את הפונקציות והחיבורים הלוגיים בתוך ה-FPGA על ידי תכנותו באמצעות
שפת תיאור חומרה (HDL) כמו VHDL או Verilog.
עיבוד מקביל: רכיבי FPGA מתאימים היטב למשימות הדורשות עיבוד מקביל מכיוון שהם יכולים ליישם
מספר פעולות לוגיות בו זמנית.
זה הופך אותם לשימושיים עבור יישומים כמו עיבוד אותות דיגיטלי (DSP), עיבוד תמונה ווידאו והצפנה.
אב טיפוס מהיר: FPGA משמש בשלבים המוקדמים של פיתוח חומרה ואבות טיפוס
מכיוון שהוא מאפשר למעצבים לבדוק במהירות ולחזור על העיצובים שלהם ללא הזמן והעלות הכרוכים
בייצור ASIC מותאם אישית.
יכולת תצורה מחדש: FPGA ניתן לתכנות מחדש מספר פעמים, דבר זה מועיל עבור יישומים שבהם הדרישות משתנות
עם הזמן או כאשר יש צורך להשתמש באותה חומרה למטרות שונות.
צריכת חשמל נמוכה יותר: FPGA יכול להיות חסכוני יותר בצריכת החשמל מאשר מעבדים למטרות כלליות (CPU)
עבור משימות מסוימות, שכן ניתן לבצע אופטימיזציה עבור חישובים ספציפיים ולהימנע מתקורה של מעבד מלא.
ביצועים גבוהים: FPGA יכול להשיג רמות גבוהות של ביצועים עבור משימות ספציפיות,
במיוחד כאשר ניתן לנצל מקביליות ביעילות.
יישומים נפוצים עבור FPGA כוללים עיבוד אותות דיגיטלי, עיבוד מנות ברשת, מערכות בקרה בזמן אמת, עיבוד תמונה ווידאו,
כריית מטבעות קריפטוגרפיים ועוד.
הוא משמש גם בתעשיות שונות כגון טלקומוניקציה, תעופה וחלל, רכב ואוטומציה תעשייתית.
כדי לתכנת FPGA, מהנדסים משתמשים בשפות תיאור חומרה (HDL) כמו VHDL או Verilog
כדי ליצור עיצוב המציין את הפונקציות הלוגיות והחיבורים הרצויים.
לאחר מכן, נעשה שימוש בכלי תוכנה מיוחדים כדי להדר ולהגדיר את ה-FPGA עם העיצוב הרצוי,
והופכים אותו למעגל דיגיטלי מותאם אישית.
מי צריך FPGA?
FPGA משמש מגוון רחב של אנשי מקצוע ותעשיות הדורשים פתרונות חומרה דיגיטליים גמישים,
בעלי ביצועים גבוהים וניתנים להתאמה אישית.
הנה כמה מהקבוצות והיישומים העיקריים שדורשים FPGA:
מהנדסי חומרה: מהנדסי חומרה ומעצבי חומרה משתמשים ב-FPGA ליצירת אב טיפוס ופיתוח מעגלים דיגיטליים מותאמים אישית.
הם יכולים לחזור ולבדוק במהירות את העיצובים שלהם על רכיבי FPGA לפני שהם מתחייבים לתהליך היקר והגוזל
של תכנון וייצור מעגלים משולבים ספציפיים ליישום (ASIC).
מפתחי מערכות משובצות: FPGA נמצא במערכות משובצות עבור יישומים שונים, כולל רובוטיקה, אוטומציה תעשייתית,
מכשירים רפואיים והתקני IoT (האינטרנט של הדברים).
FPGA יכול לספק עיבוד בזמן אמת, רכישת נתונים במהירות גבוהה וממשקים מותאמים אישית המותאמים לדרישות ספציפיות.
עיבוד אותות דיגיטלי (DSP): FPGA נמצא בשימוש נפוץ ביישומי DSP כגון עיבוד אודיו ווידאו, מערכות מכ”ם וציוד תקשורת.
יכולות העיבוד המקביל שלו הופכות אותו למתאים היטב לטיפול בכמויות גדולות של נתונים בזמן אמת.
טלקומוניקציה: FPGA ממלא תפקיד מכריע בתשתית טלקומוניקציה עבור משימות כמו עיבוד אותות,
המרת פרוטוקולים והצפנה/פענוח.
הוא מאפשר פריסה מהירה של פרוטוקולי תקשורת ותקנים חדשים.
מרכזי נתונים: רכיבי FPGA נמצאים יותר ויותר בשימוש במרכזי נתונים להאצת עומסי עבודה ספציפיים, כגון קריפטוגרפיה,
מסקנות למידת מכונה ועיבוד מנות ברשת.
הם יכולים לספק שיפורי ביצועים משמעותיים ורווחי יעילות אנרגטית בסביבות אלה.
תעופה וחלל והגנה: FPGA משמש ביישומי תעופה וחלל והגנה שונים, כולל מערכות מכ”ם, אוויוניקה,
תקשורת מאובטחת וכלי טיס בלתי מאוישים (מל”טים).
אמינותו ויכולתו לעמוד בתנאי סביבה קשים מוערכים בתעשיות אלו.
מחקר מדעי: חוקרים משתמשים ב-FPGA בניסויים מדעיים ובסימולציות הדורשות עיבוד נתונים מהיר
ומניפולציה של נתונים מותאמת אישית.
הוא נמצא בתחומים כמו פיזיקת חלקיקים, אסטרונומיה וביואינפורמטיקה.
קריפטוגרפיה ואבטחה: FPGA יכול להאיץ אלגוריתמים קריפטוגרפיים, מה שהופך אותו לשימושי להצפנה,
פענוח ומערכות תקשורת מאובטחות.
הוא נמצא במודולי אבטחת חומרה (HSM) ובמערכות אימות מאובטחות.
רכב: FPGA משמש ביישומי רכב למשימות כמו עיבוד תמונה במערכות מתקדמות לסיוע לנהג (ADAS),
מערכות מידע בידור ויחידות בקרת מנוע (ECU).
חינוך ומחקר: FPGA משמש במוסדות חינוך כדי ללמד עיצוב דיגיטלי ותכנות FPGA.
זהו גם כלי רב ערך למחקר אקדמי בהנדסת מחשבים ותחומים קשורים.
FPGA הוא כלי מגוון הנותן מענה למגוון רחב של תעשיות ואנשי מקצוע הדורשים פתרונות חומרה דיגיטליים
הניתנים להתאמה אישית ובעלי ביצועים גבוהים.
היכולת שלו ליישם פונקציות לוגיות ספציפיות, להסתגל לדרישות המשתנות ולהאיץ את עיבוד הנתונים
הופכת אותו לחיוני ביישומים רבים.
איך עובד FPGA?
FPGA מאפשר למשתמשים להגדיר את ההיגיון הדיגיטלי הפנימי של התקן FPGA
בהתאם לדרישות הספציפיות שלהם.
להלן סקירה של אופן הפעולה של רכיבי FPGA:
בלוקים לוגיים ניתנים להגדרה (CLB): FPGA מורכב ממערך של בלוקים לוגיים הניתנים להגדרה (CLB).
CLB אלה מכילים אוסף של אלמנטים לוגיים דיגיטליים בסיסיים, כגון טבלאות חיפוש (LUT), מרבבים, כפכפים ורכיבים אחרים.
ניתן לתכנת רכיבים אלה ליישם מגוון רחב של פונקציות דיגיטליות.
חיבורים ניתנים לתכנות: ה-CLB מחוברים זה לזה באמצעות רשת של חיבורים ניתנים לתכנות, המורכבים מחוטים,
מתגים ומשאבי ניתוב.
חיבורים אלה מאפשרים לך ליצור חיבורים בין האלמנטים הלוגיים השונים בתוך ה-FPGA,
המאפשר זרימת נתונים וניתוב אותות.
תכנות: כדי לגרום ל-FPGA לבצע משימה ספציפית, עליך לכתוב תיאור חומרה של המעגל הדיגיטלי הרצוי שלך
באמצעות שפת תיאור חומרה (HDL) כמו VHDL או Verilog.
תיאור זה מפרט את הפונקציות הלוגיות והחיבורים שברצונך ליצור בתוך ה-FPGA.
סינתזה והידור: לאחר שכתבת את קוד ה-HDL, אתה משתמש בכלי תוכנה מיוחדים הנקראים כלי סינתזה והידור.
כלים אלה ממירים את קוד ה-HDL שלך לזרם סיביות של תצורה שניתן לטעון על ה-FPGA.
במהלך תהליך זה, הכלים ממפים את העיצוב הלוגי שלך על גבי ה-CLB ומשאבי החיבור ההדדיים של ה-FPGA,
תוך אופטימיזציה של המיקום והניתוב של אלמנטים לוגיים כדי לעמוד בדרישות העיצוב שלך.
תצורה: זרם הסיביות המתקבל נטען על התקן ה-FPGA.
ניתן להגדיר רכיבי FPGA מודרניים בכמה דרכים שונות, כגון דרך ממשק JTAG או ישירות מהתקן זיכרון חיצוני.
לאחר ההגדרה, ההיגיון הפנימי של ה-FPGA משקף את העיצוב שציינת בקוד ה-HDL שלך.
תפעול: כשה-FPGA מוגדר, הוא פועל כמעגל דיגיטלי מותאם אישית, ומבצע את הפונקציות שהגדרת.
האופי הגמיש של ה-FPGA מאפשר לו לבצע מגוון רחב של משימות, החל מלוגיקה קומבינטורית פשוטה
ועד לעיבוד אותות דיגיטלי מורכב, בהתאם לעיצוב שהעלית עליו.
תכנות מחדש: אם אתה צריך לשנות את הפונקציונליות של ה-FPGA, אתה יכול פשוט לתכנת אותו מחדש עם זרם סיביות
חדש של תצורה.
יכולת תכנות מחדש זו הופכת את רכיבי ה-FPGA למגוון וניתנים להתאמה לדרישות המתפתחות.
עיבוד מקביל: רכיבי FPGA מצטיינים בעיבוד מקביל מכיוון שהם יכולים לבצע מספר פעולות לוגיות בו זמנית.
זה הופך אותם למתאימים היטב למשימות הדורשות תפוקה גבוהה ועיבוד בזמן אמת.
רכיבי FPGA פועלים בכך שהם נותנים לך את היכולת להגדיר ולהגדיר את המעגל הדיגיטלי הפנימי של המכשיר
כך שיענה על הצרכים הספציפיים שלך.
הם מציעים איזון בין הגמישות של התוכנה לביצועי החומרה, מה שהופך אותם לכלים בעלי ערך בתחומים ויישומים שונים.
עלויות FPGA
העלות של FPGA משתנה מאוד בהתבסס על מספר גורמים, כולל סוג ה-FPGA, הקיבולת שלו,
היצרן ורכיבים נוספים או כלי פיתוח הנדרשים.
הנה כמה גורמים שיכולים להשפיע על העלות של FPGA:
סוג ודגם: רכיבי FPGA מגיעים במשפחות ובדגמים שונים, כל אחד מיועד ליישומים שונים ועם יכולות משתנות.
FPGA חזק ועתיר תכונות נוטה להיות יקר יותר.
לדוגמה, FPGA המיועד עבור מחשוב בעל ביצועים גבוהים או יישומי עיבוד אותות מתקדמים
יקר יותר מFPGA המיועד למשימות פשוטות יותר.
קיבולת: הקיבולת של FPGA, הנמדדת לרוב במונחים של מספר תאים לוגיים, טבלאות חיפוש (LUT) או משאבים זמינים,
משפיעה על המחיר שלו.
רכיבי FPGA גדולים יותר עם קיבולת גבוהה יותר עולים יותר.
יצרן: יצרני FPGA שונים, כגון Xilinx, Intel (לשעבר Altera), Lattice Semiconductor ו-Microchip,
מציעים מגוון מוצרי FPGA בנקודות מחיר שונות.
בחירת היצרן יכולה להשפיע על העלויות.
אפשרויות תצורה: רכיבי FPGA מסוימים מגיעים עם תכונות נוספות או אפשרויות תצורה, כגון ציוד היקפי מובנה,
זיכרון או מקלטי משדר במהירות גבוהה.
תכונות אלו יכולות להגדיל את העלות של ה-FPGA.
גורם חבילה וצורה: החבילה הפיזית וגורם הצורה של ה-FPGA יכולים גם להשפיע על העלות שלו.
חבילות קטנות וקומפקטיות יותר יקרות יותר בשל גורמי הצורה המיוחדים שלהן.
כלי פיתוח: יש לקחת בחשבון את עלות כלי הפיתוח של FPGA, לרבות רישיונות תוכנה לסינתזה, מיקום ונתיב וניפוי באגים.
ספקי FPGA מסוימים מספקים כלי פיתוח בחינם או בעלות נמוכה, בעוד שאחרים גובים עבור רישיונות.
תמיכה ותיעוד: רמת התמיכה הטכנית והתיעוד המסופקים על ידי יצרן ה-FPGA יכולים להשפיע על העלויות.
אפשרויות תמיכה פרימיום מגיעות בעלות נוספת.
ביקוש בשוק: ההיצע והביקוש לדגמי FPGA ספציפיים יכולים להשפיע על התמחור.
FPGA פופולריים הם בעלי תמחור יציב או תחרותי, בעוד שדגמי נישה או מיוחדים יקרים יותר.
הנחות נפח: אם אתם מתכננים לרכוש FPGA בכמויות גדולות לייצור המוני, יתכן שתזכו להנחות נפח,
שיכולות להפחית משמעותית את העלות ליחידה.
דגמים מיושנים או שהופסקו: דגמי FPGA ישנים או שהופסקו זמינים במחירים נמוכים יותר,
אך נעדרים את התכונות והתמיכה העדכניים ביותר.
כדי לקבל מידע תמחור מדויק עבור FPGA, מומלץ לבקר באתרים של יצרני FPGA, מפיצים מורשים או משווקים.
בנוסף, אתה יכול לבקש הצעות מחיר ישירות מספקים בהתבסס על הדרישות הספציפיות שלך, כולל דגם FPGA,
כמות וכל רכיבים או שירותים נוספים הדרושים לפרויקט שלך.
זכור כי מחירי FPGA יכולים להשתנות עם הזמן עקב דינמיקה בשוק והתקדמות טכנולוגית,
כך שכדאי להתעדכן במידע על תמחור בעת תכנון פרויקטים מבוססי FPGA.
שימושים של FPGA
רכיבי FPGA משמשים במגוון רחב של מערכות ויישומים נפוצים בתעשיות שונות בשל הרבגוניות,
יכולת התצורה מחדש ויכולות הביצועים הגבוהות שלהם.
להלן כמה מערכות ויישומים נפוצים שבהם משתמשים ב-FPGA:
מערכות עיבוד אותות דיגיטליים (DSP): FPGA נמצאים בשימוש נרחב ביישומי DSP עבור משימות כגון סינון,
קונבולציה, FFT (המרת פורייה מהירה), עיבוד תמונה ושמע וניתוח אותות בזמן אמת.
מערכות תקשורת: FPGA ממלאים תפקיד מכריע במערכות תקשורת שונות, כולל עיבוד פס בסיסי,
תקשורת אלחוטית (למשל, 5G ו-Wi-Fi), אפנון ודמודולציה, קידוד תיקון שגיאות ועיבוד מנות רשת.
תעופה וחלל והגנה: FPGA משמשים במערכות מכ”ם, אוויוניקה, מערכות לוחמה אלקטרונית, מערכות תקשורת מאובטחות,
הנחיית טילים וכלי טיס בלתי מאוישים (מל”טים).
מכשירים רפואיים: FPGA משמשים במערכות הדמיה רפואיות (למשל, MRI, CT ואולטרסאונד), מכשירי ניטור חולים,
רובוטים כירורגיים ומכונות רצף DNA.
אוטומציה תעשייתית: FPGA משמשים במערכות בקרה תעשייתיות, PLC (בקרי לוגיקה מתכנתים),
רובוטיקה וניטור ובקרה בזמן אמת של תהליכי ייצור.
רכב: FPGA משולבים במערכות רכב עבור פונקציות כמו מערכות מתקדמות לסיוע לנהג (ADAS), מערכות מידע בידור,
יחידות בקרת מנוע (ECU) ורשתות תקשורת לרכב (CAN, LIN, FlexRay).
מכשירי בדיקה ומדידה: FPGA נמצאים באוסילוסקופים, מנתחי ספקטרום, מנתחי לוגיקה וציוד בדיקה ומדידה אחר לרכישת נתונים,
עיבוד אותות וניתוח בזמן אמת.
מחקר מדעי: חוקרים משתמשים ב-FPGA בניסויים מדעיים עבור משימות כמו רכישת נתונים, האצת סימולציה
ועיבוד נתונים מותאם אישית.
תחומים כמו פיזיקת חלקיקים, אסטרונומיה וביואינפורמטיקה נהנים מפתרונות מבוססי FPGA.
קריפטוגרפיה ואבטחה: FPGA משמשלפעולות הצפנה, כולל הצפנה, פענוח וניהול מפתח מאובטח
במודולי אבטחת חומרה (HSM) ומערכות תקשורת מאובטחות.
פיננסים ומסחר בתדירות גבוהה: FPGA משמש במערכות מסחר בתדירות גבוהה לעיבוד נתונים עם אחזור נמוך
ואסטרטגיות מסחר אלגוריתמיות.
מוצרי צריכה אלקטרוניים: חלק מהמכשירים הצרכניים, כגון קונסולות משחקים וציוד שמע מתקדם,
משלבים FPGA לעיבוד אותות והתאמה אישית.
רשתות ומרכזי נתונים: FPGA משמש במכשירי רשת, מתגים, נתבים ומאיצי מרכזי נתונים עבור פונקציות כמו עיבוד מנות,
אבטחת רשת ודחיסת נתונים.
רובוטיקה: FPGA משמש ברובוטים לבקרת מנוע, ממשק חיישנים ואלגוריתמי בקרה בזמן אמת,
המאפשרים תנועות רובוטיות מדויקות ומגוונות.
עיבוד וידאו וגרפיקה: ניתן להשתמש ברכיבי FPGA עבור קידוד ופענוח וידאו,
שיפור תמונה ווידאו ועיבוד גרפי ביישומים מיוחדים.
IoT (האינטרנט של הדברים): ניתן לשלב FPGA בהתקני IoT עבור ממשק חיישנים,
עיבוד מוקדם של נתונים והאצת חומרה מותאמת אישית.
אלו הן רק כמה דוגמאות מהמערכות והיישומים הרבים שבהם נעשה שימוש נפוץ ב-FPGA.
יכולת ההסתגלות ויכולות הביצועים הגבוהות של FPGA הופכות אותו לכלי בעל ערך להטמעת פתרונות חומרה
דיגיטליים מותאמים אישית בתחומים שונים.
באילו שפות פיתוח מתכנתים FPGA?
שפות תכנות FPGA משמשות להגדרת ההתנהגות והפונקציונליות של FPGA, שהם התקני חומרה הניתנים להגדרה מחדש.
שפות אלו מאפשרות למפתחים ליצור מעגלים ומערכות לוגיות דיגיטליות מותאמות אישית המותאמות ליישומים ספציפיים.
מספר שפות וכלים תכנות נמצאים בשימוש נפוץ לפיתוח FPGA:
שפות תיאור חומרה HDL
VHDL (VHSIC Hardware Description Language): VHDL היא אחת השפות הנפוצות ביותר עבור תכנות FPGA.
זוהי שפת פיתוח היי לבל המאפשרת למתכנתים לתאר את ההתנהגות והמבנה של מערכות דיגיטליות.
Verilog: Verilog היא HDL פופולרית המשמשת לתכנות FPGA.
Verilog דומה בפונקציונליות ל-VHDL והוא נבחרת על סמך העדפת דרישות הפרויקט.
Verilog ידועה בתחביר התמציתי והקריא שלה.
SystemVerilog: SystemVerilog היא הרחבה של Verilog הכוללת תכונות לפיתוח ואימות בדיקות,
מה שהופך אותה למתאימה הן למשימות עיצוב והן למשימות אימות.
שפות סינתזה היי לבל HLS
C/C++/SystemC: HLS מאפשר למפתחים לתאר את עיצובי החומרה שלהם בשפות תכנות בהיי לבל כמו C,
C++ או SystemC.
כלי HLS לאחר מכן מתרגמים את הקוד ברמה הגבוהה לקוד RTL (Register Transfer Level)
המתאים לסינתזה של FPGA.
Vivado HLS ו-HLS Compiler של אינטל (שנודע בעבר כ-OpenCL של Altera) הם דוגמאות לכלי HLS.
כלים מבוססי סכמה
חלק מסביבות הפיתוח של FPGA מספקות כלים מבוססי סכימה המאפשרים למתכננים ליצור מעגלים על ידי ציור דיאגרמות
או חיבור בלוקים שתוכננו מראש בצורה ויזואלית.
כלים אלה יוצרים לרוב קוד VHDL או Verilog מאחורי הקלעים.
OpenCL
OpenCL היא מסגרת לתכנות מערכות הטרוגניות, כולל FPGA.
OpenCL מספקת מודל תכנות מקביל בהי לבל שניתן להשתמש בו למיקוד FPGA,
יחד עם מאיצים אחרים כמו GPU ו-CPU.
מסגרות פיתוח מבוססות פייתון
ישנן מסגרות מבוססות Python כמו MyHDL ו-Migen המאפשרות למפתחים לתאר חומרה ב-Python ולייצר קוד
RTL מתאים עבור FPGA.
גישות אלו משלבות את ההיכרות של Python עם הכוח של פיתוח FPGA.
שפות פיתוח קנייניות
ספקי FPGA מספקים כלים ושפות קנייניות משלהם לתכנות FPGA.
לדוגמה, Xilinx מציעה Vivado HLS ואינטל (לשעבר Altera) מספקת Quartus Prime לפיתוח FPGA.
ההבדל בין FPGA ו-ASIC
FPGA ו-ASIC הם שני סוגים נפרדים של טכנולוגיות חומרה דיגיטליות המשמשות למגוון יישומים בתחום האלקטרוניקה והמחשוב.
לכל אחד יתרונות וחסרונות משלו, והבחירה ביניהם תלויה בדרישות הספציפיות של פרויקט.
הנה השוואה של FPGA לעומת ASIC:
גמישות:
FPGA: FPGA הם גמישים ביותר וניתן לתכנת אותם מחדש או להגדיר אותם מחדש לביצוע משימות או פונקציות שונות.
הם בעצם לוחות ריקים שניתן להתאים ליישומים ספציפיים באמצעות שפות תיאור חומרה כמו VHDL או Verilog.
ASIC: ASIC הם ספציפיים ליישום, כלומר הם מתוכננים ומיוצרים למטרה אחת.
ברגע שמיוצר ASIC, לא ניתן לתכנת אותו מחדש, מה שהופך אותו לבלתי גמיש לשינויים או עדכונים.
ביצועים:
FPGA: FPGA מציעים ביצועים טובים עבור מגוון רחב של יישומים, אך הם עשויים שלא להתאים לביצועים הגולמיים של ASIC
מעוצבים בהתאמה אישית עבור משימות מיוחדות במיוחד.
ASIC: ניתן לבצע אופטימיזציה של ASIC עבור יישום ספציפי, וכתוצאה מכך ביצועים גבוהים יותר וצריכת חשמל נמוכה יותר
בהשוואה ל-FPGA. אופטימיזציה זו באה במחיר של גמישות.
יעילות חשמל:
FPGA: FPGA הם בדרך כלל פחות חסכוניים בצריכת החשמל מאשר ASIC מכיוון שהם מכילים אלמנטים לוגיים הניתנים
לתכנות שאינם מותאמים למשימה ספציפית.
הם צורכים יותר חשמל עבור אותו חישוב.
ASIC: ASIC מתוכננים להיות חסכוניים בצריכת החשמל, מכיוון שהם מותאמים ליישום מסוים,
ומאפשרים אופטימיזציה טובה יותר של צריכת החשמל.
עלות:
FPGA: FPGA הם בדרך כלל חסכוניים יותר עבור יצירת אב טיפוס והרצות ייצור בנפח נמוך עד בינוני מכיוון שהם מבטלים
את העלויות הגבוהות מראש הקשורות לתכנון וייצור ASIC.
ASIC: פיתוח ASIC כרוך בעלויות משמעותיות עבור עיצוב וייצור.
טיים טו מרקט:
FPGA: FPGA מספקים זמן הגעה קצר יותר לשוק מכיוון שניתן לתכנת אותם במהירות וליצור אב טיפוס.
זה יתרון לפיתוח ובדיקות מהירים.
ASIC: פיתוח ASIC נמשך זמן רב יותר בשל תהליכי התכנון, האימות והייצור, מה שהופך אותו לפחות מתאים
לפרויקטים עם מגבלות זמן צפופות.
עלויות NRE (הנדסה לא חוזרת):
FPGA: ל-FPGA יש עלויות NRE מינימליות, מה שהופך אותם למתאימים לפרויקטים בתקציב נמוך או מחקר.
ASIC: ל-ASIC יש עלויות NRE גבוהות, המוצדקות רק לייצור בסקיילים גדולים.
שאלות ותשובות בנושא FPGA
ש: במה שונה FPGA ממיקרו-בקר או מעבד?
ת: רכיבי FPGA שונים ממיקרו-בקרים ומיקרו-מעבדים בכך שהם אינם התקנים למטרות קבועות.
בעוד שמיקרו-בקרים ומיקרו-מעבדים מבצעים הוראות תוכנה, FPGA מוגדרים ליישם מעגלי חומרה מותאמים אישית,
מה שהופך אותם מקבילים מאוד ומתאימים למשימות ספציפיות.
ש: מהם היתרונות של שימוש ב-FPGA?
ת: כמה יתרונות של FPGA כוללים גמישות, יכולת תצורה מחדש, מקביליות גבוהה, חביון נמוך ויכולת להאיץ משימות ספציפיות.
הוא משמש עבור אב טיפוס מהיר, מחשוב בעל ביצועים גבוהים ועיבוד אותות בזמן אמת.
ש: האם ניתן לתכנת מחדש FPGA?
ת: כן, רכיבי FPGA ניתנים לתכנות מחדש, מה שאומר שניתן לשנות את התצורה שלהם מספר פעמים.
זה הופך אותם להתאמה לדרישות המתפתחות ומאפשר פיתוח ובדיקות איטרטיביות.
ש: מהם יצרני ה-FPGA העיקריים?
ת: חלק מיצרני ה-FPGA הבולטים כוללים בין היתר Xilinx, Intel (לשעבר Altera), Lattice Semiconductor,
Microchip ו-Achronix.
ש: האם קיימים כלי פיתוח חינמיים לתכנות FPGA?
ת: כן, ישנם כלי פיתוח FPGA חינמיים או בקוד פתוח, כגון Vivado WebPACK של Xilinx ושרשרת הכלים ISE בקוד פתוח
עבור Xilinx FPGA, ו-Intel Quartus Prime Lite עבור Intel FPGA.
כלים אלה מספקים דרך חסכונית לתכנת FPGA עבור יישומים רבים.
ש: מהם הרכיבים האופייניים בתוך FPGA?
ת: בתוך FPGA, תמצאו בלוקים לוגיים (CLB) הניתנים להגדרה, חיבורים ניתנים לתכנות, כפכפים, טבלאות חיפוש (LUT),
ומשאבים נוספים כמו בלוקי זיכרון, בלוקים של עיבוד אותות דיגיטלי (DSP) וסיכות I/O .
ש: האם יש מגבלות או חסרונות לשימוש ב-FPGA?
ת: כמה מגבלות של FPGA כוללות עלויות פיתוח גבוהות, מחזורי עיצוב ארוכים יותר וצריכת חשמל גבוהה
עבור יישומים מסוימים.
ש: האם יש שפות תכנות אחרות מלבד VHDL ו-Verilog לתכנות FPGA?
ת: כן, ישנן שפות סינתזה היי לבל (HLS) אלטרנטיביות כמו C/C++ ו-SystemC המאפשרות למעצבים לכתוב קוד
דמוי תוכנה ולאחר מכן להמיר אותו לתצורות FPGA באמצעות כלי HLS.
