फिल्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे (एफपीजीए): Difference between revisions

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[[File:Altera StratixIVGX FPGA.jpg|thumb|अल्टेरा से एक स्ट्रैटिक्स IV एफपीजीए]]
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[[File:Xerox ColorQube 8570 - Main controller - Xilinx Spartan XC3S400A-0205.jpg|thumb|Xilinx से एक स्पार्टन एफपीजीए]]
[[File:Xerox ColorQube 8570 - Main controller - Xilinx Spartan XC3S400A-0205.jpg|thumb|ज़िलिनक्स से एक स्पार्टन एफपीजीए]]
'''फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे (एफपीजीए)''' एक एकीकृत सर्किट है जो ग्राहक या डिजाइनर द्वारा कॉन्फ़िगर करने के लिए डिज़ाइन किया गया इसलिए इसको फील्ड-प्रोग्रामेबल नाम दिया है। एफपीजीए कॉन्फ़िगरेशन आमतौर पर हार्डवेयर विवरण भाषा (एचडीएल) का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है जैसा कि एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (एएसआईसी) के लिए उपयोग किया गया है। सर्किट आरेखों का उपयोग पहले कॉन्फ़िगरेशन को निर्दिष्ट करने के लिए किया गया था, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन उपकरणों के आगमन के कारण यह तेजी से दुर्लभ होता जा रहा है।
'''फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे (एफपीजीए)''' एक एकीकृत सर्किट है जो ग्राहक या डिजाइनर द्वारा कॉन्फ़िगर करने के लिए डिज़ाइन किया गया इसलिए इसको फील्ड-प्रोग्रामेबल नाम दिया है। एफपीजीए कॉन्फ़िगरेशन आमतौर पर हार्डवेयर विवरण भाषा (एचडीएल) का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है जैसा कि एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (एएसआईसी) के लिए उपयोग किया गया है। सर्किट आरेखों का उपयोग पहले कॉन्फ़िगरेशन को निर्दिष्ट करने के लिए किया गया था, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन उपकरणों के आगमन के कारण यह तेजी से दुर्लभ होता जा रहा है।


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=== सॉफ्ट कोर ===
=== सॉफ्ट कोर ===
[[File:Xilinx Zynq-7000 AP SoC.jpg|thumb|Xilinx ZynQ-7000  चिप पर सभी प्रोग्रामेबल सिस्टम]]
[[File:Xilinx Zynq-7000 AP SoC.jpg|thumb|ज़िलिनक्स ZynQ-7000  चिप पर सभी प्रोग्रामेबल सिस्टम]]
हार्ड-मैक्रो प्रोसेसर के विकल्प के रूप में, सॉफ्ट प्रोसेसर आईपी कोर का उपयोग करते हैं जो एफपीजीए  लॉजिक के भीतर लागू किया जाता है। निओस-II, माइक्रोब्लेज़  और लैटिसिमिको32 लोकप्रिय सॉफ्टकोर प्रोसेसर के प्रचलित उदाहरण हैं। कई आधुनिक एफपीजीए  को रन टाइम पर प्रोग्राम किया जाता है, जिसके कारण पुन: उपयोग करने योग्य कंप्यूटिंग या पुनर्निर्माण योग्य सिस्टम - सीपीयू का विचार है जो प्रस्तुत कार्य के अनुरूप खुद को फिर से कॉन्फ़िगर करता है। इसके अतिरिक्त, नए गैर-एफपीजीए आर्किटेक्चर उभरने लगे हैं। सॉफ्टवेयर-कॉन्फ़िगर करने योग्य माइक्रोप्रोसेसर्स जैसे कि स्ट्रेच S5000 एक ही चिप पर प्रोसेसर कोर की सरणी और एफपीजीए  जैसे प्रोग्रामेबल कोर प्रदान करके हाइब्रिड दृष्टिकोण को अपनाते हैं।
हार्ड-मैक्रो प्रोसेसर के विकल्प के रूप में, सॉफ्ट प्रोसेसर आईपी कोर का उपयोग करते हैं जो एफपीजीए  लॉजिक के भीतर लागू किया जाता है। निओस-II, माइक्रोब्लेज़  और लैटिसिमिको32 लोकप्रिय सॉफ्टकोर प्रोसेसर के प्रचलित उदाहरण हैं। कई आधुनिक एफपीजीए  को रन टाइम पर प्रोग्राम किया जाता है, जिसके कारण पुन: उपयोग करने योग्य कंप्यूटिंग या पुनर्निर्माण योग्य सिस्टम - सीपीयू का विचार है जो प्रस्तुत कार्य के अनुरूप खुद को फिर से कॉन्फ़िगर करता है। इसके अतिरिक्त, नए गैर-एफपीजीए आर्किटेक्चर उभरने लगे हैं। सॉफ्टवेयर-कॉन्फ़िगर करने योग्य माइक्रोप्रोसेसर्स जैसे कि स्ट्रेच S5000 एक ही चिप पर प्रोसेसर कोर की सरणी और एफपीजीए  जैसे प्रोग्रामेबल कोर प्रदान करके हाइब्रिड दृष्टिकोण को अपनाते हैं।


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एक विशिष्ट डिजाइन प्रवाह में, एफपीजीए एप्लिकेशन डेवलपर डिजाइन प्रक्रिया के दौरान कई चरणों में डिजाइन का अनुकरण करेगा। प्रारंभ में रजिस्टर-ट्रांसफर स्तर (वीएचएलडी) या वरिलोग में आरटीएल विवरण सिस्टम को अनुकरण करने और परिणामों का निरीक्षण करने के लिए परीक्षण बेंच बनाकर अनुकरण करते हैं  फिर, संश्लेषण इंजन डिज़ाइन को नेटलिस्ट के लिए मैप करते हैं, नेटलिस्ट को गेट-लेवल विवरण में अनुवादित किया जाता है, जहां त्रुटियों के बिना किये गए संश्लेषण की पुष्टि करने के लिए अनुकरण को दोहराया जाता है। अंत में डिजाइन को एफपीजीए में बिंदु पर रखा गया है, जहाँ प्रसार-विलम्ब जोड़ा जा सकता है और अनुकरण फिर से इन मानों के साथ नेटलिस्ट पर वापस ला कर दुहराया जाता है ।
एक विशिष्ट डिजाइन प्रवाह में, एफपीजीए एप्लिकेशन डेवलपर डिजाइन प्रक्रिया के दौरान कई चरणों में डिजाइन का अनुकरण करेगा। प्रारंभ में रजिस्टर-ट्रांसफर स्तर (वीएचएलडी) या वरिलोग में आरटीएल विवरण सिस्टम को अनुकरण करने और परिणामों का निरीक्षण करने के लिए परीक्षण बेंच बनाकर अनुकरण करते हैं  फिर, संश्लेषण इंजन डिज़ाइन को नेटलिस्ट के लिए मैप करते हैं, नेटलिस्ट को गेट-लेवल विवरण में अनुवादित किया जाता है, जहां त्रुटियों के बिना किये गए संश्लेषण की पुष्टि करने के लिए अनुकरण को दोहराया जाता है। अंत में डिजाइन को एफपीजीए में बिंदु पर रखा गया है, जहाँ प्रसार-विलम्ब जोड़ा जा सकता है और अनुकरण फिर से इन मानों के साथ नेटलिस्ट पर वापस ला कर दुहराया जाता है ।


हाल ही में, प्रोग्रामर द्वारा ओपन-सीएल कंप्यूटिंग लैंग्वेज का उपयोग किया जा रहा है ताकि एफपीजीए द्वारा प्रदान करने वाली प्रदर्शन और शक्ति क्षमता का लाभ उठाया जा सके। ओपनसीएल प्रोग्रामर को C प्रोग्रामिंग भाषा में कोड विकसित करने और ओपनसीएल निर्माणों का उपयोग करके ओपनसीएल कर्नेल के रूप में एफपीजीए फ़ंक्शन को लक्षित करने की अनुमति देता है।<ref>{{cite web|url=http://streamcomputing.eu/blog/2014-09-16/use-opencl-fpgas/|title=Why use OpenCL on FPGAs?|work=StreamComputing|date=2014-09-16|access-date=2015-07-17|archive-date=2017-01-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20170101125857/https://streamcomputing.eu/blog/2014-09-16/use-opencl-fpgas/|url-status=dead}}</ref> अधिक जानकारी के लिए, उच्च-स्तरीय संश्लेषण (हाई-लेवल सिंथेसिस) और सी टू एचडीएल देखें।
हाल ही में, प्रोग्रामर द्वारा ओपन-सीएल कंप्यूटिंग लैंग्वेज का उपयोग किया जा रहा है ताकि एफपीजीए द्वारा प्रदान करने वाली प्रदर्शन और शक्ति क्षमता का लाभ उठाया जा सके। ओपनसीएल प्रोग्रामर को सी प्रोग्रामिंग भाषा में कोड विकसित करने और ओपनसीएल निर्माणों का उपयोग करके ओपनसीएल कर्नेल के रूप में एफपीजीए फ़ंक्शन को लक्षित करने की अनुमति देता है।<ref>{{cite web|url=http://streamcomputing.eu/blog/2014-09-16/use-opencl-fpgas/|title=Why use OpenCL on FPGAs?|work=StreamComputing|date=2014-09-16|access-date=2015-07-17|archive-date=2017-01-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20170101125857/https://streamcomputing.eu/blog/2014-09-16/use-opencl-fpgas/|url-status=dead}}</ref> अधिक जानकारी के लिए, उच्च-स्तरीय संश्लेषण (हाई-लेवल सिंथेसिस) और सी टू एचडीएल देखें।


अधिकांश एफपीजीए प्रोग्राम करने के लिए, ऐसरैम-आधारित दृष्टिकोण पर भरोसा करते हैं। ये एफपीजीए इन-सिस्टम प्रोग्रामेबल और री-प्रोग्रामेबल हैं, लेकिन इनको बाहरी बूट डिवाइस की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, फ्लैश मेमोरी या ईईप्रोम डिवाइस जो अक्सर आंतरिक एसरैम, जो रूटिंग और लॉजिक को नियंत्रित करता है, में सूचना को लोड कर सकते हैं। एसरैम (एसरैम) दृष्टिकोण सीमोस (सीमॉस) पर आधारित है।
अधिकांश एफपीजीए प्रोग्राम करने के लिए, ऐसरैम-आधारित दृष्टिकोण पर भरोसा करते हैं। ये एफपीजीए इन-सिस्टम प्रोग्रामेबल और री-प्रोग्रामेबल हैं, लेकिन इनको बाहरी बूट डिवाइस की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, फ्लैश मेमोरी या ईईप्रोम डिवाइस जो अक्सर आंतरिक एसरैम, जो रूटिंग और लॉजिक को नियंत्रित करता है, में सूचना को लोड कर सकते हैं। एसरैम (एसरैम) दृष्टिकोण सीमोस (सीमॉस) पर आधारित है।
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एफपीजीए मूल रूप से मुद्रित सर्किट बोर्डों के लिए ग्लू लॉजिक को लागू करने के लिए सीपीएलडी के प्रतियोगियों के रूप में शुरू हुआ। जैसे -जैसे उनके आकार, क्षमताओं और गति में वृद्धि हुई, एफपीजीए इन अतिरिक्त फंक्शन्स को उस स्तर तक के गया, जहां कुछ को अब पूर्ण सिस्टम्स ऑन चिप्स के रूप में विपणन किया जाता है। विशेष रूप से 1990 के दशक के उत्तरार्ध में एफपीजीए आर्किटेक्चर में समर्पित गुणकों की शुरूआत के साथ, जिन अनुप्रयोग के लिए पारंपरिक रूप से डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर हार्डवेयर (डीऐसपीऐस) एकमात्र रिजर्व था, इसके बजाय एफपीजीए को शामिल करना शुरू कर दिया।<ref>{{cite web|url=https://www.bdti.com/articles/info_eet0207fpga.htm|title=Publications and Presentations|work=bdti.com|access-date=2018-11-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20100821182813/http://www.bdti.com/articles/info_eet0207fpga.htm|archive-date=2010-08-21|url-status=dead}}</ref><ref>{{cite web|url=https://www.eetimes.com/xilinx-aims-65-nm-fpgas-at-dsp-applications/#|title=Xilinx aims 65-nm FPGAs at DSP applications|work=EETimes|first=Mark|last=LaPedus}}</ref>
एफपीजीए मूल रूप से मुद्रित सर्किट बोर्डों के लिए ग्लू लॉजिक को लागू करने के लिए सीपीएलडी के प्रतियोगियों के रूप में शुरू हुआ। जैसे -जैसे उनके आकार, क्षमताओं और गति में वृद्धि हुई, एफपीजीए इन अतिरिक्त फंक्शन्स को उस स्तर तक के गया, जहां कुछ को अब पूर्ण सिस्टम्स ऑन चिप्स के रूप में विपणन किया जाता है। विशेष रूप से 1990 के दशक के उत्तरार्ध में एफपीजीए आर्किटेक्चर में समर्पित गुणकों की शुरूआत के साथ, जिन अनुप्रयोग के लिए पारंपरिक रूप से डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर हार्डवेयर (डीऐसपीऐस) एकमात्र रिजर्व था, इसके बजाय एफपीजीए को शामिल करना शुरू कर दिया।<ref>{{cite web|url=https://www.bdti.com/articles/info_eet0207fpga.htm|title=Publications and Presentations|work=bdti.com|access-date=2018-11-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20100821182813/http://www.bdti.com/articles/info_eet0207fpga.htm|archive-date=2010-08-21|url-status=dead}}</ref><ref>{{cite web|url=https://www.eetimes.com/xilinx-aims-65-nm-fpgas-at-dsp-applications/#|title=Xilinx aims 65-nm FPGAs at DSP applications|work=EETimes|first=Mark|last=LaPedus}}</ref>


एफपीजीएएस के विकास ने इन उपकरणों के उपयोग में वृद्धि को प्रेरित किया, जिनकी संरचना जटिल कार्यों के लिए अनुकूलित हार्डवेयर समाधानों के विकास की अनुमति देती है, जैसे कि 3-डी एमआरआई छवि विभाजन (3D MRI image segmentation) , 3 डी असतत वेवलेट ट्रांसफ़ॉर्म (3D discrete wavelet transform), टोमोग्राफिक छवि पुनर्निर्माण (tomographic image reconstruction) या पीईटी/एमआरआई सिस्टम (PET/MRI systems)।<ref>{{Cite journal |last1=Alcaín |first1=Eduardo |last2=Fernández |first2=Pedro R. |last3=Nieto |first3=Rubén |last4=Montemayor |first4=Antonio S. |last5=Vilas |first5=Jaime |last6=Galiana-Bordera |first6=Adrian |last7=Martinez-Girones |first7=Pedro Miguel |last8=Prieto-de-la-Lastra |first8=Carmen |last9=Rodriguez-Vila |first9=Borja |last10=Bonet |first10=Marina |last11=Rodriguez-Sanchez |first11=Cristina |date=2021-12-15 |title=Hardware Architectures for Real-Time Medical Imaging |journal=Electronics |language=en |volume=10 |issue=24 |pages=3118 |doi=10.3390/electronics10243118 |issn=2079-9292|doi-access=free }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Nagornov |first1=Nikolay N. |last2=Lyakhov |first2=Pavel A. |last3=Valueva |first3=Maria V. |last4=Bergerman |first4=Maxim V. |date=2022 |title=RNS-Based FPGA Accelerators for High-Quality 3D Medical Image Wavelet Processing Using Scaled Filter Coefficients |url=https://ieeexplore.ieee.org/document/9713868 |journal=IEEE Access |volume=10 |pages=19215–19231 |doi=10.1109/ACCESS.2022.3151361 |s2cid=246895876 |issn=2169-3536}}</ref> विकसित समाधान समानांतर प्रसंस्करण के साथ गहन गणना कार्यों का प्रदर्शन कर सकते हैं, गतिशील रूप से पुन: प्रोग्राम करने योग्य हैं (dynamically reprogrammable), और चिकित्सा इमेजिंग से जुड़ी सभी कठिन वास्तविक समय (real time) की आवश्यकताओं को पूरा करते भी लागत कम होती है।
एफपीजीएएस के विकास ने इन उपकरणों के उपयोग में वृद्धि को प्रेरित किया, जिनकी संरचना जटिल कार्यों के लिए अनुकूलित हार्डवेयर समाधानों के विकास की अनुमति देती है, जैसे कि 3-डी एमआरआई छवि विभाजन (इमेज सेगमेंटेशन ) , 3-डी असतत वेवलेट ट्रांसफ़ॉर्म, टोमोग्राफिक छवि पुनर्निर्माण या पीईटी/एमआरआई सिस्टम।<ref>{{Cite journal |last1=Alcaín |first1=Eduardo |last2=Fernández |first2=Pedro R. |last3=Nieto |first3=Rubén |last4=Montemayor |first4=Antonio S. |last5=Vilas |first5=Jaime |last6=Galiana-Bordera |first6=Adrian |last7=Martinez-Girones |first7=Pedro Miguel |last8=Prieto-de-la-Lastra |first8=Carmen |last9=Rodriguez-Vila |first9=Borja |last10=Bonet |first10=Marina |last11=Rodriguez-Sanchez |first11=Cristina |date=2021-12-15 |title=Hardware Architectures for Real-Time Medical Imaging |journal=Electronics |language=en |volume=10 |issue=24 |pages=3118 |doi=10.3390/electronics10243118 |issn=2079-9292|doi-access=free }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Nagornov |first1=Nikolay N. |last2=Lyakhov |first2=Pavel A. |last3=Valueva |first3=Maria V. |last4=Bergerman |first4=Maxim V. |date=2022 |title=RNS-Based FPGA Accelerators for High-Quality 3D Medical Image Wavelet Processing Using Scaled Filter Coefficients |url=https://ieeexplore.ieee.org/document/9713868 |journal=IEEE Access |volume=10 |pages=19215–19231 |doi=10.1109/ACCESS.2022.3151361 |s2cid=246895876 |issn=2169-3536}}</ref> विकसित समाधान समानांतर प्रसंस्करण के साथ गहन गणना कार्यों का प्रदर्शन कर सकते हैं, गतिशील रूप से पुन: प्रोग्राम करने योग्य हैं, और चिकित्सा इमेजिंग से जुड़ी सभी कठिन वास्तविक समय (रियल टाइम) की आवश्यकताओं को पूरा करते भी लागत कम होती है।


एफपीजीएs के उपयोग में एक और प्रचलन हार्डवेयर अक्सेलरेशन (hardware acceleration) है, जहां एफपीजीए का उपयोग एल्गोरिथ्म के कुछ भागों को तेज करने और एफपीजीए और जेनेरिक प्रोसेसर के बीच गणना के हिस्से को साझा करने के लिए कर सकता है। ऐसा लगता है, खोज इंजन बिंग (Bing) ने 2014 में अपने खोज एल्गोरिथ्म के लिए एफपीजीए अक्सेलरेशन को अपनाया है।<ref name="BingFPGA">{{cite news |last1=Morgan |first1=Timothy Pricket |title=How Microsoft Is Using FPGAs To Speed Up Bing Search |url=https://www.enterprisetech.com/2014/09/03/microsoft-using-fpgas-speed-bing-search/ |access-date=2018-09-18 |publisher=Enterprise Tech |date=2014-09-03}}</ref> 2018 तक, माइक्रोसॉफ्ट के "प्रोजेक्ट कैटापुल्ट" (Project Catapult) सहित AI एक्सेलेरेटर (AI accelerators) और मशीन लर्निंग (machine learning) के अनुप्रयोगों में कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क (artificial neural networks) को तेज करने के लिए  एफपीजीएs के उपयोग में वृद्धि देख रहे हैं<ref name="ProjCatapult">{{cite web|url=https://www.microsoft.com/en-us/research/project/project-catapult/|title=Project Catapult|date=July 2018|website=Microsoft Research}}</ref> ।
एफपीजीए के उपयोग में एक और प्रचलन हार्डवेयर अक्सेलरेशन है, जहां एफपीजीए का उपयोग एल्गोरिथ्म के कुछ भागों को तेज करने और एफपीजीए और जेनेरिक प्रोसेसर के बीच गणना के हिस्से को साझा करने के लिए कर सकता है। ऐसा अनुमान है, खोज इंजन बिंग ने 2014 में अपने खोज एल्गोरिथ्म के लिए एफपीजीए अक्सेलरेशन को अपनाया है।<ref name="BingFPGA">{{cite news |last1=Morgan |first1=Timothy Pricket |title=How Microsoft Is Using FPGAs To Speed Up Bing Search |url=https://www.enterprisetech.com/2014/09/03/microsoft-using-fpgas-speed-bing-search/ |access-date=2018-09-18 |publisher=Enterprise Tech |date=2014-09-03}}</ref> 2018 तक, माइक्रोसॉफ्ट के "प्रोजेक्ट कैटापुल्ट" सहित AI एक्सेलेरेटर और मशीन लर्निंग के अनुप्रयोगों में कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क (आर्टिफीसियल न्यूरल नेटवर्क्स ) को तेज करने के लिए  एफपीजीए के उपयोग में वृद्धि देख रहे हैं<ref name="ProjCatapult">{{cite web|url=https://www.microsoft.com/en-us/research/project/project-catapult/|title=Project Catapult|date=July 2018|website=Microsoft Research}}</ref> ।


परंपरागत रूप से,{{When|date=October 2018}} एफपीजीएs को विशिष्ट ऊर्ध्वाधर अनुप्रयोगों के लिए आरक्षित किया गया है जहां उत्पादन मात्रा छोटी है। इन कम-मात्रा वाले अनुप्रयोगों के लिए, प्रोग्राम योग्य चिप के लिए प्रति यूनिट हार्डवेयर लागत में कंपनियां जो प्रीमियम भुगतान करती हैं, वह ASIC बनाने पर खर्च किए गए विकास संसाधनों की तुलना में अधिक सस्ती है। 2017 तक, नई लागत और प्रदर्शन की गतिशीलता ने व्यवहार्य अनुप्रयोगों की सीमा को व्यापक बनाया है।
परंपरागत रूप से,{{When|date=October 2018}} एफपीजीए को विशिष्ट ऊर्ध्वाधर अनुप्रयोगों के लिए आरक्षित किया गया है जहां उत्पादन मात्रा छोटी है। इन कम-मात्रा वाले अनुप्रयोगों के लिए, प्रोग्राम योग्य चिप के लिए प्रति यूनिट हार्डवेयर लागत में कंपनियां जो प्रीमियम भुगतान करती हैं, वह एएसआईसी बनाने पर खर्च किए गए विकास संसाधनों की तुलना में अधिक सस्ती है। 2017 तक, नई लागत और प्रदर्शन की गतिशीलता ने व्यवहार्य अनुप्रयोगों की सीमा को व्यापक बनाया है।


कंपनी गीगाबाइट टेक्नोलॉजी ( Gigabyte Technology) ने एक i-RAM कार्ड बनाया, जिसमें Xilinx एफपीजीए का उपयोग किया गया, हालांकि बड़ी मात्रा में बनाए जाने पर यह कस्टम मेड चिप सस्ता होगा। यह एफपीजीए जल्दी से बाजार में लाने के लिए चुना गया था और 1000 इकाइयों की प्रारंभिक खपत इस एफपीजीए को सबसे अच्छा विकल्प बना रहा था। यह डिवाइस लोगों को हार्ड ड्राइव के रूप में कंप्यूटर रैम का उपयोग करने की अनुमति देता है।<ref>{{Cite web|date=2005-07-25|title=Gigabyte's i-RAM: Affordable Solid State Storage|url=https://www.anandtech.com/show/1742/2|access-date=2020-12-16|website=anandtech.com|language=en-US}}</ref>
कंपनी गीगाबाइट टेक्नोलॉजी ने एक आई-रैम कार्ड बनाया, जिसमें ज़िलिनक्स एफपीजीए का उपयोग किया गया, हालांकि बड़ी मात्रा में बनाए जाने पर यह कस्टम मेड चिप सस्ता होगा। यह एफपीजीए जल्दी से बाजार में लाने के लिए चुना गया था और 1000 इकाइयों की प्रारंभिक खपत इस एफपीजीए को सबसे अच्छा विकल्प बना रहा था। यह डिवाइस लोगों को हार्ड ड्राइव के रूप में कंप्यूटर रैम का उपयोग करने की अनुमति देता है।<ref>{{Cite web|date=2005-07-25|title=Gigabyte's i-RAM: Affordable Solid State Storage|url=https://www.anandtech.com/show/1742/2|access-date=2020-12-16|website=anandtech.com|language=en-US}}</ref>


एफपीजीएs के लिए अन्य उपयोगों में शामिल हैं:
एफपीजीए के लिए अन्य उपयोगों में शामिल हैं:


* अंतरिक्ष ( radiation hardening<ref>{{Cite web|url=https://www.militaryaerospace.com/articles/2016/06/radiation-hardened-space-fpga.html|title=FPGA development devices for radiation-hardened space applications introduced by Microsemi|website=www.militaryaerospace.com|access-date=2018-11-02|date=2016-06-03}}</ref> के साथ  )
* अंतरिक्ष ( रेडिएशन हार्डनिंग  <ref>{{Cite web|url=https://www.militaryaerospace.com/articles/2016/06/radiation-hardened-space-fpga.html|title=FPGA development devices for radiation-hardened space applications introduced by Microsemi|website=www.militaryaerospace.com|access-date=2018-11-02|date=2016-06-03}}</ref> के साथ  )
* हार्डवेयर सुरक्षा मॉड्यूल<ref name="auto">{{cite web|title=CrypTech: Building Transparency into Cryptography t |url=https://cryptech.is/wp-content/uploads/2016/02/CrypTech_Building_Transparency.pdf}}</ref>(Hardware security modules)
* हार्डवेयर सुरक्षा मॉड्यूल<ref name="auto">{{cite web|title=CrypTech: Building Transparency into Cryptography t |url=https://cryptech.is/wp-content/uploads/2016/02/CrypTech_Building_Transparency.pdf}}</ref>
== सुरक्षा ==
== सुरक्षा ==


हार्डवेयर सुरक्षा के विषय में एफपीजीए (एफपीजीएs) के पास एएसआईसी (ASICs) या सुरक्षित माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में फायदे और नुकसान दोनों हैं। एफपीजीएs का लचीलापन, निर्माण के दौरान दुर्भावनापूर्ण संशोधनों के जोखिम को कम कर देता है।<ref name="paper2">{{Cite journal |doi=10.1109/MDT.2008.166 |title=Managing Security in FPGA-Based Embedded Systems |journal=IEEE Design & Test of Computers |volume=25 |issue=6 |pages=590–598 |year=2008 |last1=Huffmire |first1=Ted |last2=Brotherton |first2=Brett |last3=Sherwood |first3=Timothy |last4=Kastner |first4=Ryan |last5=Levin |first5=Timothy |last6=Nguyen |first6=Thuy D. |last7=Irvine |first7=Cynthia|s2cid=115840 }}</ref> पहले कई एफपीजीएs के लिए, डिज़ाइन बिटस्ट्रीम (bitstream) को उजागर किया गया था, जबकि एफपीजीए इसे बाहरी मेमोरी (आमतौर पर हर पावर-ऑन पर) से लोड करता है। सभी प्रमुख एफपीजीए विक्रेता अब डिजाइनरों को बिटस्ट्रीम एन्क्रिप्शन (bitstream encryption) और प्रमाणीकरण जैसे सुरक्षा समाधानों की व्यवस्था प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, अल्टेरा और Xilinx एक बाहरी फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत बिटस्ट्रीम के लिए AES एन्क्रिप्शन (256-बिट तक) की पेशकश करते हैं।
हार्डवेयर सुरक्षा के विषय में एफपीजीए (एफपीजीए) के पास एएसआईसी या सुरक्षित माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में फायदे और नुकसान दोनों हैं। एफपीजीए का लचीलापन, निर्माण के दौरान दुर्भावनापूर्ण संशोधनों के जोखिम को कम कर देता है।<ref name="paper2">{{Cite journal |doi=10.1109/MDT.2008.166 |title=Managing Security in FPGA-Based Embedded Systems |journal=IEEE Design & Test of Computers |volume=25 |issue=6 |pages=590–598 |year=2008 |last1=Huffmire |first1=Ted |last2=Brotherton |first2=Brett |last3=Sherwood |first3=Timothy |last4=Kastner |first4=Ryan |last5=Levin |first5=Timothy |last6=Nguyen |first6=Thuy D. |last7=Irvine |first7=Cynthia|s2cid=115840 }}</ref> पहले कई एफपीजीए के लिए, डिज़ाइन बिटस्ट्रीम को उजागर किया गया था, जबकि एफपीजीए इसे बाहरी मेमोरी (आमतौर पर हर पावर-ऑन पर) से लोड करता है। सभी प्रमुख एफपीजीए विक्रेता अब डिजाइनरों को बिटस्ट्रीम एन्क्रिप्शन और प्रमाणीकरण जैसे सुरक्षा समाधानों की व्यवस्था प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, अल्टेरा और ज़िलिनक्स एक बाहरी फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत बिटस्ट्रीम के लिए ऐईऐस एन्क्रिप्शन (256-बिट तक) की पेशकश करते हैं।


एफपीजीएs जो अपने कॉन्फ़िगरेशन को आंतरिक रूप से गैर-फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत करते हैं, जैसे कि माइक्रोसेमी के प्रोएसिक 3 (ProAsic 3) या लैटिस के XP2 प्रोग्रामेबल डिवाइस जो बिटस्ट्रीम को उजागर नहीं करते हैं और जिन्हे एन्क्रिप्शन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, लुकअप टेबल के लिए फ्लैश मेमोरी स्पेस एप्लिकेशन के लिए सिंगल इवेंट अपसेट (single event upset) सुरक्षा प्रदान करती है।{{clarify|date=January 2013}} छेड़छाड़ प्रतिरोध की उच्च गारंटी चाहने वाले ग्राहक, माइक्रोसेमी जैसे विक्रेताओं के एक बार-लेखन (write-once) एंटीफ्यूज़ एफपीजीए (antifuse एफपीजीए) का उपयोग कर सकते हैं।
एफपीजीए जो अपने कॉन्फ़िगरेशन को आंतरिक रूप से गैर-फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत करते हैं, जैसे कि माइक्रोसेमी के प्रोएसिक 3 या लैटिस के XP2 प्रोग्रामेबल डिवाइस जो बिटस्ट्रीम को उजागर नहीं करते हैं और जिन्हे एन्क्रिप्शन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, लुकअप टेबल के लिए फ्लैश मेमोरी स्पेस एप्लिकेशन के लिए सिंगल इवेंट अपसेट सुरक्षा प्रदान करती है।{{clarify|date=January 2013}} छेड़छाड़ प्रतिरोध की उच्च गारंटी चाहने वाले ग्राहक, माइक्रोसेमी जैसे विक्रेताओं के एक बार-लेखन (राइट-वन्स) एंटीफ्यूज़ एफपीजीए का उपयोग कर सकते हैं।


अपने स्ट्रैटिक्स 10 (Stratix 10) एफपीजीएएस (एफपीजीएs) और एसओसीएस (SOCs) के साथ, अल्टेरा (अल्टेरा) ने शारीरिक हमलों के खिलाफ उच्च स्तर की सुरक्षा प्रदान करने के लिए सुरक्षित डिवाइस मैनेजर और फिजिकल अस्वाभाविक फंक्शन्स (physical unclonable functions) को पेश किया।<ref>{{cite web|url=https://www.intrinsic-id.com/eetimes-security-features-for-non-security-experts/|title=EETimes on PUF: Security features for non-security experts – Intrinsic ID|work=Intrinsic ID|date=2015-06-09}}</ref>
अपने स्ट्रैटिक्स-10 एफपीजीएएस और एसओसीएस के साथ, अल्टेरा ने शारीरिक हमलों के खिलाफ उच्च स्तर की सुरक्षा प्रदान करने के लिए सुरक्षित डिवाइस मैनेजर और फिजिकल अस्वाभाविक फंक्शन्स (फिजिकल उंक्लोनाब्ले फंक्शन्स) को पेश किया।<ref>{{cite web|url=https://www.intrinsic-id.com/eetimes-security-features-for-non-security-experts/|title=EETimes on PUF: Security features for non-security experts – Intrinsic ID|work=Intrinsic ID|date=2015-06-09}}</ref>


2012 में शोधकर्ताओं सर्गेई स्कोरोबोगाटोव (Sergei Skorobogatov) और क्रिस्टोफर वुड्स (Christopher Woods) ने प्रदर्शित किया कि कुछ एफपीजीए शत्रुतापूर्ण इरादे की दृष्टि असुरक्षित से हो सकते हैं। उन्होंने पाया कि नाजुक पिछले दरवाजे की भेद्यता सिलिकॉन में एक्टेल/माइक्रोसेमी प्रोएसिक 3 के हिस्से के रूप में निर्मित की गई थी, जो इसे कई स्तरों पर असुरक्षित बनाती है जैसे कि क्रिप्टो और एक्सेस कीज़ को रिप्रोग्रामिंग, अनएन्क्रिप्टेड बिटस्ट्रीम तक पहुंचना निम्न-स्तरीय सिलिकॉन सुविधाओं को संशोधित करना और कॉन्फ़िगरेशन डेटा निकालना|<ref>{{cite book |volume=7428|pages=23–40|doi=10.1007/978-3-642-33027-8_2|series = Lecture Notes in Computer Science|year = 2012|last1 = Skorobogatov|first1 = Sergei|title=Cryptographic Hardware and Embedded Systems – CHES 2012|last2=Woods|first2=Christopher|isbn=978-3-642-33026-1|chapter=Breakthrough Silicon Scanning Discovers Backdoor in Military Chip}}</ref>
2012 में शोधकर्ताओं सर्गेई स्कोरोबोगाटोव और क्रिस्टोफर वुड्स ने प्रदर्शित किया कि कुछ एफपीजीए शत्रुतापूर्ण इरादे की दृष्टि असुरक्षित से हो सकते हैं। उन्होंने पाया कि नाजुक पिछले दरवाजे की भेद्यता सिलिकॉन में एक्टेल/माइक्रोसेमी प्रोएसिक 3 के हिस्से के रूप में निर्मित की गई थी, जो इसे कई स्तरों पर असुरक्षित बनाती है जैसे कि क्रिप्टो और एक्सेस कीज़ को रिप्रोग्रामिंग, अनएन्क्रिप्टेड बिटस्ट्रीम तक पहुंचना निम्न-स्तरीय सिलिकॉन सुविधाओं को संशोधित करना और कॉन्फ़िगरेशन डेटा निकालना|<ref>{{cite book |volume=7428|pages=23–40|doi=10.1007/978-3-642-33027-8_2|series = Lecture Notes in Computer Science|year = 2012|last1 = Skorobogatov|first1 = Sergei|title=Cryptographic Hardware and Embedded Systems – CHES 2012|last2=Woods|first2=Christopher|isbn=978-3-642-33026-1|chapter=Breakthrough Silicon Scanning Discovers Backdoor in Military Chip}}</ref>
== समरूप प्रौद्योगिकियां ==
== समरूप प्रौद्योगिकियां ==


ऐतिहासिक रूप से एफपीजीएs धीमे, कम ऊर्जा कुशल रहे हैं और आम तौर पर उनके समकक्ष निश्चित अनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (ASIC) की तुलना में कम कार्यक्षमता हासिल की है। 2006 के एक अध्ययन से पता चला है कि एफपीजीए पर लागू किए गए डिजाइनों को औसतन 40 गुना अधिक क्षेत्र की आवश्यकता होती है और 12 गुना अधिक गतिशील ऊर्जा की आवश्यकता होती है| यह एएसआईसी (ASIC) कार्यान्वयन की गति से एक तिहाई पर चलता है।<ref name="FPGA-ASIC-comparison">{{cite conference|doi=10.1145/1117201.1117205|chapter=Measuring the gap between FPGAs and ASICs|title=Proceedings of the international symposium on Field programmable gate arrays – FPGA'06|pages=21–30|year=2006|last1=Kuon|first1=Ian|last2=Rose|first2=Jonathan|isbn=1-59593-292-5|publisher=ACM|location=New York, NY|chapter-url=http://ece.gmu.edu/coursewebpages/ECE/ECE448/S09/viewgraphs/Gap_between_FPGAs_and_ASICs.pdf|conference=|access-date=2017-10-25|archive-date=2010-06-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20100622170541/http://ece.gmu.edu/coursewebpages/ECE/ECE448/S09/viewgraphs/Gap_between_FPGAs_and_ASICs.pdf|url-status=dead}}</ref> हाल ही में, एफपीजीएs जैसे कि Xilinx Virtex-7 या अल्टेरा Stratix 5<ref>{{cite web|url=https://www.eetimes.com/author.asp?section_id=216&doc_id=1322856|title=ASIC, ASSP, SoC, FPGA – What's the Difference?|website=eetimes.com}}</ref> महत्वपूर्ण रूप से कम ऊर्जा उपयोग, अधिक गति, कम सामग्री लागत, न्यूनतम कार्यान्वयन रियल-एस्टेट, और 'ऑन-द-फ्लाई' (on-the-fly) के लिए पुन: संयोजन के लिए संभावनाओं की वृद्धि करके  संबंधित ASIC और ASSP ("एप्लिकेशन-विशिष्ट मानक भाग", जैसे कि एक स्टैंडअलोन USB इंटरफ़ेस चिप) को समाधान प्रस्तुत किया। एक डिज़ाइन जिसमें 6 से 10 ASICs शामिल थे, अब केवल एक एफपीजीए का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।<ref name="FPGA-ASIC-comparison"/>एफपीजीएs के लाभों में कमियों (bugs) को ठीक करने के लिए, पहले से ही ( in-field) तैनात होने पर फिर से प्रोग्राम करने की क्षमता और बाजार के लिए त्वरित पहुँच, गैर-आवर्ती इंजीनियरिंग लागतों को कम करना शामिल है। विक्रेता एफपीजीए प्रोटोटाइपिंग के माध्यम से मध्य-मार्ग भी ले सकते हैं: एफपीजीएs पर अपने प्रोटोटाइप हार्डवेयर को विकसित कर सकते हैं, लेकिन अपने अंतिम संस्करण को ASIC के रूप में निर्मित करें ताकि डिजाइन के प्रतिबद्ध होने के बाद इसे अब संशोधित नहीं किया जा सके। यह अक्सर नए प्रोसेसर डिजाइन के साथ भी होता है।<ref>{{cite web|url=https://www.anandtech.com/show/14798/xilinx-announces-world-largest-fpga-virtex-ultrascale-vu19p-with-9m-cells|title=Xilinx Announces World Largest FPGA: Virtex Ultrascale+ VU19P with 9m Cells|first=Ian|last=Cutress|date=August 27, 2019|website=[[AnandTech]]}}</ref> कुछ एफपीजीएs में आंशिक पुन: कॉन्फ़िगरेशन की क्षमता होती है जो डिवाइस के एक हिस्से को फिर से प्रोग्राम किया जाता है, जबकि अन्य भाग काम करते रहते हैं।<ref>{{Cite web|url=https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/documentation/ekx1496870149834.html|title=AN 818: Static Update Partial Reconfiguration Tutorial: for Intel Stratix 10 GX FPGA Development Board|website=www.intel.com|access-date=2018-12-01}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://electronics.stackexchange.com/questions/45115/can-fpgas-dynamically-modify-their-logic|title=Can FPGAs dynamically modify their logic?|website=Electrical Engineering Stack Exchange|access-date=2018-12-01}}</ref>
ऐतिहासिक रूप से एफपीजीए धीमे, कम ऊर्जा कुशल रहे हैं और आम तौर पर उनके समकक्ष निश्चित अनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (एएसआईसी) की तुलना में कम कार्यक्षमता हासिल की है। 2006 के एक अध्ययन से पता चला है कि एफपीजीए पर लागू किए गए डिजाइनों को औसतन 40 गुना अधिक क्षेत्र की आवश्यकता होती है और 12 गुना अधिक गतिशील ऊर्जा की आवश्यकता होती है| यह एएसआईसी कार्यान्वयन की गति से एक तिहाई पर चलता है।<ref name="FPGA-ASIC-comparison">{{cite conference|doi=10.1145/1117201.1117205|chapter=Measuring the gap between FPGAs and ASICs|title=Proceedings of the international symposium on Field programmable gate arrays – FPGA'06|pages=21–30|year=2006|last1=Kuon|first1=Ian|last2=Rose|first2=Jonathan|isbn=1-59593-292-5|publisher=ACM|location=New York, NY|chapter-url=http://ece.gmu.edu/coursewebpages/ECE/ECE448/S09/viewgraphs/Gap_between_FPGAs_and_ASICs.pdf|conference=|access-date=2017-10-25|archive-date=2010-06-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20100622170541/http://ece.gmu.edu/coursewebpages/ECE/ECE448/S09/viewgraphs/Gap_between_FPGAs_and_ASICs.pdf|url-status=dead}}</ref> हाल ही में, एफपीजीए जैसे कि ज़िलिनक्स Virtex-7 या अल्टेरा Stratix 5<ref>{{cite web|url=https://www.eetimes.com/author.asp?section_id=216&doc_id=1322856|title=ASIC, ASSP, SoC, FPGA – What's the Difference?|website=eetimes.com}}</ref> महत्वपूर्ण रूप से कम ऊर्जा उपयोग, अधिक गति, कम सामग्री लागत, न्यूनतम कार्यान्वयन रियल-एस्टेट, और 'ऑन-द-फ्लाई' के लिए पुन: संयोजन के लिए संभावनाओं की वृद्धि करके  संबंधित एएसआईसी और ASSP ("एप्लिकेशन-विशिष्ट मानक भाग", जैसे कि एक स्टैंडअलोन USB इंटरफ़ेस चिप) को समाधान प्रस्तुत किया। एक डिज़ाइन जिसमें 6 से 10 एएसआईसीs शामिल थे, अब केवल एक एफपीजीए का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।<ref name="FPGA-ASIC-comparison"/>एफपीजीएs के लाभों में कमियों (bugs) को ठीक करने के लिए, पहले से ही ( in-field) तैनात होने पर फिर से प्रोग्राम करने की क्षमता और बाजार के लिए त्वरित पहुँच, गैर-आवर्ती इंजीनियरिंग लागतों को कम करना शामिल है। विक्रेता एफपीजीए प्रोटोटाइपिंग के माध्यम से मध्य-मार्ग भी ले सकते हैं: एफपीजीएs पर अपने प्रोटोटाइप हार्डवेयर को विकसित कर सकते हैं, लेकिन अपने अंतिम संस्करण को एएसआईसी के रूप में निर्मित करें ताकि डिजाइन के प्रतिबद्ध होने के बाद इसे अब संशोधित नहीं किया जा सके। यह अक्सर नए प्रोसेसर डिजाइन के साथ भी होता है।<ref>{{cite web|url=https://www.anandtech.com/show/14798/xilinx-announces-world-largest-fpga-virtex-ultrascale-vu19p-with-9m-cells|title=Xilinx Announces World Largest FPGA: Virtex Ultrascale+ VU19P with 9m Cells|first=Ian|last=Cutress|date=August 27, 2019|website=[[AnandTech]]}}</ref> कुछ एफपीजीएs में आंशिक पुन: कॉन्फ़िगरेशन की क्षमता होती है जो डिवाइस के एक हिस्से को फिर से प्रोग्राम किया जाता है, जबकि अन्य भाग काम करते रहते हैं।<ref>{{Cite web|url=https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/documentation/ekx1496870149834.html|title=AN 818: Static Update Partial Reconfiguration Tutorial: for Intel Stratix 10 GX FPGA Development Board|website=www.intel.com|access-date=2018-12-01}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://electronics.stackexchange.com/questions/45115/can-fpgas-dynamically-modify-their-logic|title=Can FPGAs dynamically modify their logic?|website=Electrical Engineering Stack Exchange|access-date=2018-12-01}}</ref>


जटिल प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइस (CPLDs) और एफपीजीएs के बीच मुख्य अंतर उनकीसंरचना में हैं। CPLD में तुलनात्मक रूप से प्रतिबंधात्मक संरचना होती है जिसमें एक या एक से अधिक प्रोग्रामेबल सम-ऑफ-प्रोडक्ट्स ( sum-of-products) लॉजिक एरेज़ होते हैं, जो अपेक्षाकृत कम संख्या में क्लॉक्ड रजिस्टरों (registers) को फीड करते हैं। नतीजतन, CPLDs कम लचीले होते हैं, लेकिन अधिक पूर्वानुमानित देरी (timing delays) का लाभ होता है और {{Citation needed span|text=a higher logic-to-interconnect ratio.|date=December 2018|reason=}} मिलता हैं| दूसरी ओर, एफपीजीए आर्किटेक्चर, इंटरकनेक्ट द्वारा प्रभावित होते हैं। यह उन्हें कहीं अधिक लचीला बनाता है (उन डिजाइनों की सीमा के संदर्भ में जो उन पर कार्यान्वयन के लिए व्यावहारिक हैं), लेकिन डिजाइन करने के लिए अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन (EDA) सॉफ़्टवेयर की जटिल आवश्यकता है। व्यवहार में, एफपीजीएs और CPLDS के बीच का अंतर अक्सर आकार में होता है क्योंकि एफपीजीएs आमतौर पर CPLDs की तुलना में संसाधनों के मामले में बहुत बड़ा होता है। आमतौर पर केवल एफपीजीएs में अधिक जटिल एम्बेडेड फ़ंक्शन जैसे कि एडेर (Adders) ,मल्टीवेर (Multiver) , मेमोरी (Memory) और सेरिअलिज़ेर /डेसेरिअलिज़ेर्स (Serializer/deserializers) होते हैं। एक और सामान्य अंतर यह है कि CPLDs में अपने कॉन्फ़िगरेशन को स्टोर करने के लिए एम्बेडेड फ्लैश मेमोरी होती है जबकि एफपीजीएs को आमतौर पर बाहरी गैर-वाष्पशील मेमोरी (लेकिन हमेशा नहीं) की आवश्यकता होती है। जब  डिज़ाइन को सरल इंस्टेंट-ऑन (लॉजिक पहले से ही पावर-अप पर कॉन्फ़िगर किया गया है) CPLDs की आवश्यकता होती है, को आमतौर पर पसंद किया जाता है। अधिकांश अन्य अनुप्रयोगों के लिए एफपीजीएs आमतौर पर पसंद किए जाते हैं। कभी -कभी CPLDS और एफपीजीएs दोनों का उपयोग एक ही सिस्टम डिज़ाइन में किया जाता है। उन डिजाइनों में, CPLDs आम तौर पर ग्लू लॉजिक (glue logic) फंक्शन करते हैं, और एफपीजीए को बूट करने के साथ -साथ पूर्ण सर्किट बोर्ड के रीसेट और बूट अनुक्रम को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। इसलिए, एप्लिकेशन की जरुरत के आधार पर एक ही डिज़ाइन में एफपीजीए  और सीपीएलडी (CPLDs) दोनों का उपयोग करना विवेकपूर्ण हो सकता है।<ref>{{cite web|url=https://numato.com/kb/cpld-vs-fpga-differences-one-use/|title=CPLD vs FPGA: Differences between them and which one to use? – Numato Lab Help Center|website=numato.com|date=2017-11-29}}</ref>
जटिल प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइस (सीएलपीडीs) और एफपीजीएs के बीच मुख्य अंतर उनकीसंरचना में हैं। सीएलपीडी में तुलनात्मक रूप से प्रतिबंधात्मक संरचना होती है जिसमें एक या एक से अधिक प्रोग्रामेबल सम-ऑफ-प्रोडक्ट्स ( sum-of-products) लॉजिक एरेज़ होते हैं, जो अपेक्षाकृत कम संख्या में क्लॉक्ड रजिस्टरों (registers) को फीड करते हैं। नतीजतन, सीएलपीडीs कम लचीले होते हैं, लेकिन अधिक पूर्वानुमानित देरी (timing delays) का लाभ होता है और {{Citation needed span|text=a higher logic-to-interconnect ratio.|date=December 2018|reason=}} मिलता हैं| दूसरी ओर, एफपीजीए आर्किटेक्चर, इंटरकनेक्ट द्वारा प्रभावित होते हैं। यह उन्हें कहीं अधिक लचीला बनाता है (उन डिजाइनों की सीमा के संदर्भ में जो उन पर कार्यान्वयन के लिए व्यावहारिक हैं), लेकिन डिजाइन करने के लिए अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन (EDA) सॉफ़्टवेयर की जटिल आवश्यकता है। व्यवहार में, एफपीजीएs और सीएलपीडीS के बीच का अंतर अक्सर आकार में होता है क्योंकि एफपीजीएs आमतौर पर सीएलपीडीs की तुलना में संसाधनों के मामले में बहुत बड़ा होता है। आमतौर पर केवल एफपीजीएs में अधिक जटिल एम्बेडेड फ़ंक्शन जैसे कि एडेर (Adders) ,मल्टीवेर (Multiver) , मेमोरी (Memory) और सेरिअलिज़ेर /डेसेरिअलिज़ेर्स (Serializer/deserializers) होते हैं। एक और सामान्य अंतर यह है कि सीएलपीडीs में अपने कॉन्फ़िगरेशन को स्टोर करने के लिए एम्बेडेड फ्लैश मेमोरी होती है जबकि एफपीजीएs को आमतौर पर बाहरी गैर-वाष्पशील मेमोरी (लेकिन हमेशा नहीं) की आवश्यकता होती है। जब  डिज़ाइन को सरल इंस्टेंट-ऑन (लॉजिक पहले से ही पावर-अप पर कॉन्फ़िगर किया गया है) सीएलपीडीs की आवश्यकता होती है, को आमतौर पर पसंद किया जाता है। अधिकांश अन्य अनुप्रयोगों के लिए एफपीजीएs आमतौर पर पसंद किए जाते हैं। कभी -कभी सीएलपीडीS और एफपीजीएs दोनों का उपयोग एक ही सिस्टम डिज़ाइन में किया जाता है। उन डिजाइनों में, सीएलपीडीs आम तौर पर ग्लू लॉजिक (glue logic) फंक्शन करते हैं, और एफपीजीए को बूट करने के साथ -साथ पूर्ण सर्किट बोर्ड के रीसेट और बूट अनुक्रम को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। इसलिए, एप्लिकेशन की जरुरत के आधार पर एक ही डिज़ाइन में एफपीजीए  और सीपीएलडी (सीएलपीडीs) दोनों का उपयोग करना विवेकपूर्ण हो सकता है।<ref>{{cite web|url=https://numato.com/kb/cpld-vs-fpga-differences-one-use/|title=CPLD vs FPGA: Differences between them and which one to use? – Numato Lab Help Center|website=numato.com|date=2017-11-29}}</ref>
== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
{{Portal|Electronics}}
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* एफपीजीए प्रोटोटाइप (एफपीजीए prototyping)
* एफपीजीए प्रोटोटाइप (एफपीजीए prototyping)
* एचडीएल सिमुलेटर (HDL simulators) की सूची
* एचडीएल सिमुलेटर (HDL simulators) की सूची
* सिलिंक्स एफपीजीए (Xilinx एफपीजीएs) की सूची
* सिलिंक्स एफपीजीए (ज़िलिनक्स एफपीजीएs) की सूची
* वेरिलॉग (Verilog)
* वेरिलॉग (Verilog)
* सिस्टमवेरिलॉग (SystemVerilog)
* सिस्टमवेरिलॉग (SystemVerilog)

Revision as of 21:23, 20 September 2022

"FPGA" redirects here. Not to be confused with Flip-chip pin grid array.

अल्टेरा से एक स्ट्रैटिक्स IV एफपीजीए
ज़िलिनक्स से एक स्पार्टन एफपीजीए

फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे (एफपीजीए) एक एकीकृत सर्किट है जो ग्राहक या डिजाइनर द्वारा कॉन्फ़िगर करने के लिए डिज़ाइन किया गया इसलिए इसको फील्ड-प्रोग्रामेबल नाम दिया है। एफपीजीए कॉन्फ़िगरेशन आमतौर पर हार्डवेयर विवरण भाषा (एचडीएल) का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है जैसा कि एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (एएसआईसी) के लिए उपयोग किया गया है। सर्किट आरेखों का उपयोग पहले कॉन्फ़िगरेशन को निर्दिष्ट करने के लिए किया गया था, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन उपकरणों के आगमन के कारण यह तेजी से दुर्लभ होता जा रहा है।

एफपीजीए में प्रोग्रामेबल लॉजिक ब्लॉक की सरणी होती है और पुनर्निर्माण योग्य इंटरकनेक्ट्स का एक पदानुक्रम होता है, जिससे ब्लॉक को एक साथ जोड़ा जाता है। लॉजिक ब्लॉक को जटिल कॉम्बिनेशनल फ़ंक्शंस करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, या सरल लॉजिक गेट्स जैसे एंड (AND) और एक्सओर (XOR) के रूप में उपयोग में जा सकता है। अधिकांश एफपीजीए में, लॉजिक ब्लॉकों में मेमोरी तत्व भी शामिल हैं, जो साधारण फ्लिप-फ्लॉप हो सकते हैं या अतिरिक्त संपूर्ण मेमोरी ब्लॉक।[1] कई एफपीजीए को विभिन्न तर्क कार्यों को करने के लिए पुन: रिप्रोग्राम किया जा सकता है, जिससे कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर जैसी लचीली पुनर्संयोजन कम्प्यूटिंग की सहूलियत मिलती है।

हार्डवेयर के साथ सिस्टम सॉफ्टवेयर विकास साथ-साथ कर सकने की क्षमता के कारण एफपीजीए की एम्बेडेड सिस्टम विकास में उल्लेखनीय भूमिका है, विकास के बहुत ही शुरुआती चरण में सिस्टम प्रदर्शन सिमुलेशन में सहयोग करता है और सिस्टम आर्किटेक्चर को अंतिम रूप देने से पहले विभिन्न सिस्टम परीक्षणों और डिजाइन पुनरावृत्तियों की अनुमति देता है।[2]

इतिहास

एफपीजीए उद्योग, प्रोग्रामेबल रीड-ओनली मेमोरी (प्रॉम) और प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइसेस (पीएलडी) से उत्पन्न हुआ है। प्रॉम और पीएलडी दोनों के पास कारखाने या कार्य क्षेत्र (फील्ड-प्रोग्रामेबल) में बैचों में प्रोग्राम किए जाने का विकल्प था। हालांकि, प्रोग्रामेबल लॉजिक को लॉजिक गेट्स के बीच हार्ड-वायर्ड किया गया था।[3]

अल्टेरा की स्थापना 1983 में की गई और इसने 1984 में उद्योग को प्रथम रि-प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइस-EP300 वितरित की जिसके पैकेज में क्वार्ट्ज विंडो थी | इसमें उपयोगकर्ताओं को साचे (डाई) पर डिवाइस कॉन्फ़िगरेशन का आयोजन करने वाले इप्रोम सेल्स को मिटाने के लिए अल्ट्रा-वायलेट लैंप को जलाने की सुविधा थी।[4]

ज़िलिनक्स के सह-संस्थापक रॉस फ्रीमैन और बर्नार्ड वोंडर्सचमिट ने 1985 में प्रथम व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे XC2064 का आविष्कार किया।[5] XC2064 में गेट्स के बीच प्रोग्रामेबल गेट्स और प्रोग्रामेबल इंटरकनेक्ट्स होते हैं, जो एक नई तकनीक और बाजार[6] की शुरुआत थी। XC2064 में 64 कॉन्फ़िगरेबल लॉजिक ब्लॉक्स (सीएलबी) होते हैं जिसमें दो तीन-इनपुट लुकअप टेबल (एलयुटी) होती हैं। लगभग 20 वर्षों के बाद, फ्रीमैन को उनके आविष्कार [8][9]के लिए राष्ट्रीय आविष्कारक हॉल ऑफ फेम में प्रवेश दिया गया।

1987 में, नेवल सरफेस वारफेयर सेंटर ने स्टीव कैसलमैन द्वारा प्रस्तावित प्रयोग को कंप्यूटर विकसित करने के लिए प्रयोग किया, जो 600,000 रिप्रोग्रामेबल गेट को कार्यान्यवित कर सके । कैसलमैन सफल रहे और सिस्टम से संबंधित पेटेंट 1992 में जारी किया गया।[3]

अल्टेरा और ज़िलिनक्स 1985 से मध्य-1990 तक अबाध रूप से विकसित होते रहे जब अन्य प्रतियोगियों ने बाजार में प्रवेश किया और उनकी हिस्सेदारी को काफी कम कर दिया। 1993 तक, एक्टेल के पास बाजार की लगभग 18% हिस्सेदारी हो गई।[6]

सर्किट परिष्करण और उत्पादन की मात्रा के लिहाज से 1990 का दशक, एफपीजीए के विकास का स्वर्णिम समय था। 1990 के दशक की शुरुआत में, एफपीजीए का उपयोग मुख्य रूप से दूरसंचार और नेटवर्किंग में किया गया। दशक के अंत तक, एफपीजीए ने उपभोक्ता, मोटर वाहन और औद्योगिक अनुप्रयोगों में अपना स्थान बना लिया।[7]

2013 तक अल्टेरा (31 प्रतिशत), एक्टेल (10 प्रतिशत) और ज़िलिनक्स (36 प्रतिशत) एक साथ एफपीजीए बाजार के लगभग 77 प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करते थे।[8]

माइक्रोसॉफ्ट जैसी कंपनियों ने एफपीजीए के प्रति वाट बेहतर प्रदर्शन के कारण, उच्च प्रदर्शन और कम्प्यूटेशनल रूप से गहन प्रणालियों (जैसे डेटा सेंटर जो इसके बिंग खोज इंजन को संचालित करता है) को बढ़ाने के लिए एफपीजीए का उपयोग करना शुरू कर दिया है।[9] माइक्रोसॉफ्ट ने 2014 में बिंग को और तेज करने के लिए एफपीजीए का उपयोग करना शुरू किया और 2018 में अपने अज़ुर क्लाउड कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्म और अन्य डेटा सेंटर वर्कलोड के लिए एफपीजीए का उपयोग करना शुरू कर दिया।[10]

प्रस्तुत समयरेखा एफपीजीए डिजाइन के विभिन्न पहलुओं में प्रगति को दर्शाती है :

गेट्स
  • 1987: 9,000 गेट्स, ज़िलिनक्स[6]*
  • 1992: 600,000, नौसेना सतह युद्ध विभाग[3]*
  • 2000 के दशक की आरम्भ: लाखों में[7]*
  • 2013: 50 मिलियन, ज़िलिनक्स[11]
बाजार का आकार
  • 1985: पहला वाणिज्यिक एफपीजीए : ज़िलिनक्स XC2064[5][6]*
  • 1987: $ 14 मिलियन[6]*
  • c. 1993:> $ 385 मिलियन[6][failed verification]
  • 2005: $ 1.9 बिलियन[12]
  • 2010 का अनुमान: $ 2.75 बिलियन[12]*
  • 2013: $ 5.4 बिलियन[13]
  • 2020 अनुमान: $ 9.8 बिलियन[13]
डिजाइन की शुरुवात

डिजाइन स्टार्ट, एफपीजीए पर कार्यान्वयन के लिए नया कस्टम डिज़ाइन है।

डिजाइन

समकालीन एफपीजीए के पास जटिल डिजिटल संगणना करने के लिए लॉजिक गेट्स और रैम ब्लॉक के बड़े संसाधन हैं। क्यों कि एफपीजीए डिजाइन बहुत तेज I/O दरें और द्विदिश डेटा बसों का उपयोग करते हैं, यह सेटअप समय और होल्ड समय के दायरे में मान्य डेटा के सही समय को सत्यापित करने के लिए एक चुनौती बन जाता है।

फ्लोर प्लानिंग इन समय सम्बंधित कमियों को पूरा करने के लिए एफपीजीए के भीतर संसाधन आवंटन को सक्षम बनाता है। एफपीजीए का उपयोग किसी भी तार्किक फ़ंक्शन को लागू करने के लिए किया जा सकता है जो एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (एएसआईसी) कर सकता है। शिपिंग के बाद कार्यक्षमता को अद्यतन करने की क्षमता, डिजाइन के एक हिस्से के आंशिक पुन: कॉन्फ़िगरेशन[16] और कम गैर-आवर्ती इंजीनियरिंग लागत, एएसआईसी डिजाइन की तुलना में (आम तौर पर उच्च इकाई लागत के बावजूद) कई अनुप्रयोगों में उपयोगी है।[17]

कुछ एफपीजीए में डिजिटल सुविधाओं के अलावा एनालॉग विशेषताएं भी हैं। सबसे आम एनालॉग विशेषता इसके प्रत्येक आउटपुट पिन पर प्रोग्राम करने योग्य स्लीव रेट है, जिससे इंजीनियर को कम लोड किए गए पिनों पर कम दरों को सेट करने की सहूलियत मिलती है अन्यथा जो अस्वीकार्य रूप से रिंग या युगल बन जायेगा | उच्च गति वाले चैनलों पर भारी लोड किए गए पिनों की उच्च दर निर्धारित करता है जो अन्यथा बहुत धीरे चलेंगे।[18] इसके अलावा सामान्य क्वार्ट्ज-क्रिस्टल ऑसिलेटर , ऑन-चिप रेजिस्टेंस-कैपेसिटेंस ऑसिलेटर, और क्लॉक उत्पत्ति और प्रबंधन के लिए उपयोग किए जाने वाले एम्बेडेड विभवांतर-नियंत्रित दोलन (वोल्टेज-कंट्रोल्ड ऑसिलेटर्स) के साथ चरण-बंद लूप (फेज-लॉक्ड लूप्स) हैं, साथ ही साथ हाई-स्पीड सीरिएलाइज़र-डिसेरिएलाइज़र (इसईआरडीईइस) ट्रांसमिट क्लॉक और रिसीवर क्लॉक रिकवरी भी हैं। इनपुट पिन पर अंतर तुलनित्र जो अंतर सिग्नलिंग चैनलों से जुड़े होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, काफी प्रचलित हैं। कुछ मिश्रित सिग्नल एफपीजीए में एनालॉग सिग्नल कंडीशनिंग ब्लॉक के साथ एकीकृत परिधीय, अनुरूप से अंकीय परिवर्तक (एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स) और अंकीय-अनुरूप रूपांतरण (डिजिटल-टू-एनालॉग कन्वर्टर्स) को सिस्टम-ऑन-ए- चिप (इसओसी) के रूप में संचालित करने की सहूलियत है।[19] इस तरह के डिवाइस, एफपीजीए जो अपने आंतरिक प्रोग्रामेबल इंटरकनेक्ट फैब्रिक पर केवल डिजिटल 1 और 0 ही वहन करता है, और फील्ड-प्रोग्रामेबल एनालॉग ऐरे, जो इसके आंतरिक प्रोग्रामेबल इंटरकनेक्ट फैब्रिक पर एनालॉग मान ही करता है, के बीच के अंतर को धुंधला कर देते हैं|

लॉजिक ब्लॉक

Main article: Logic block
एक लॉजिक सेल का सरलीकृत उदाहरण चित्रण (lut & nbsp; & ndash; लुकअप टेबल, fa & nbsp; & ndash; पूर्ण योजक, dff & nbsp; & ndash; d flip-flop; d- प्रकार फ्लिप-फ्लॉप)

सबसे प्रचलित एफपीजीए आर्किटेक्चर में लॉजिक ब्लॉक की एक सरणी (जिसको कॉन्फिगुरबल लॉजिक ब्लॉक, सीएलबी या लॉजिक एरे ब्लॉक, ऐलऐबी भी कहते हैं जो उनके वेंडर पर निर्भर करता है), I/O पैड और रूटिंग चैनल होती है।[1]आम तौर पर सभी रूटिंग चैनलों में समान चौड़ाई (तारों की संख्या) होती है। बहुत से I/O पैड पंक्ति की ऊंचाई या सरणी में कॉलम की चौड़ाई में फिट हो सकते हैं।

एप्लिकेशन सर्किट को पर्याप्त संसाधनों के साथ एफपीजीए में मैप किया जाना चाहिए। जबकि सीएलबी/ऐलऐबी और I/Os की संख्या को आसानी से डिज़ाइन द्वारा निर्धारित किया जाता है, लेकिन समान मात्रा के साथ लॉजिक डिजाइनों के बीच आवश्यक रूटिंग ट्रैक की संख्या काफी भिन्न हो सकती है। (उदाहरण के लिए, क्रॉसबार स्विच को समान गेट काउंट के साथ सिस्टोलिक एरे की तुलना में बहुत अधिक रूटिंग की आवश्यकता होती है। चूंकि अप्रयुक्त रूटिंग ट्रैक किसी भी लाभ को प्रदान किए बिना इसकी लागत (और प्रदर्शन को कम करते हैं) बढ़ाते हैं, एफपीजीए निर्माता केवल पर्याप्त ट्रैक प्रदान करने का प्रयास करते हैं ताकि अधिकांश डिज़ाइन जो लुकअप टेबल (ऐलयुटी) और I/OS के संदर्भ में फिट होंगे, को रूट किया जा सके। यह अनुमानों द्वारा निर्धारित किया जाता है जैसे कि किराए के नियम से प्राप्त या मौजूदा डिजाइनों के साथ प्रयोगों द्वारा। आज 2018 में, रूटिंग और इंटरकनेक्शन के लिए नेटवर्क-ऑन-चिप आर्किटेक्चर विकसित किए जा रहे हैं। [citation needed]

सामान्य तौर पर, लॉजिक ब्लॉक में कुछ लॉजिकल सेल्स होती हैं (जिन्हें एएलएम, ऐलई, स्लाइस आदि कहा जाता है)। किसी विशिष्ट सेल में 4-इनपुट ऐलयुटी, एक पूर्ण योजक (एलए) और एक डी टाइप फ्लिप-फ्लॉप शामिल हैं। इन्हें दो 3-इनपुट ऐलयुटी में विभाजित किया जा सकता है। सामान्य अवस्था में उनको पहले बहुसंकेतक के माध्यम से 4-इनपुट ऐलयुटी में जोड़ा जाता है और अंकगणितीय तौर पर उनके आउटपुट को योजक को दिया जाता है। मोड के चयन को दूसरे मक्स (एमयुएक्स) में प्रोग्राम किया जाता है। तीसरे मक्स की प्रोग्रामिंग के आधार पर आउटपुट या तो सिंक्रोनस या असिंक्रोनस हो सकता है। व्यावहारिक रूप में, योजक के पूरे या कुछ हिस्सों को जगह बचाने के लिए ऐलयुटी में फ़ंक्शन के रूप में संग्रहीत किया जाता है।[20][21][22]

हार्ड ब्लॉक

उपरोक्त क्षमताओं के आधार पर आधुनिक एफपीजीए वर्ग का विस्तार हुआ है, जिसमें सिलिकॉन में संभव उच्च स्तर की कार्यक्षमता शामिल है। सर्किट में एम्बेडेड इन सामान्य फ़ंक्शन के होने से आवश्यक क्षेत्र कम हो जाता है और सुरुवाती सर्किट्स से उन्हें बनाने की तुलना में अधिक गति प्रदान करता है। इनके उदाहरणों में गुणक (मल्टिप्लिएर्स), जेनेरिक डीएसपी ब्लॉक, एम्बेडेड प्रोसेसर, हाई स्पीड I/O लॉजिक और एम्बेडेड मेमोरीज शामिल हैं।

उच्चस्तरीय एफपीजीए में उच्च गति मल्टी-गीगाबिट ट्रांसरिसीवर और हार्ड आईपी कोर जैसे प्रोसेसर कोर , ईथरनेट मेडियम एक्सेस कण्ट्रोल यूनिट, पीसीआई/पीसीआई एक्सप्रेस नियंत्रक और बाह्य मेमोरी कंट्रोलर हो सकते हैं। ये कोर प्रोग्रामेबल फैब्रिक के साथ मौजूद होते हैं लेकिन वे ऐलयुटी के बजाय ट्रांजिस्टर से बाहर बने होते हैं| इसलिए उनके पास एएसआईसी के स्तर का प्रदर्शन और ऊर्जा खपत होती है जो कि पर्याप्त मात्रा में फैब्रिक के संसाधनों का सेवन किए बिना होता है| जिसको एप्लिकेशन-विशिष्ट कार्य के लिए फैब्रिक के संसाधनों का सेवन किया जा सकता है। मल्टी-गिगाबिट ट्रांससीवर्स में उच्च प्रदर्शन एनालॉग इनपुट और आउटपुट सर्किटरी होते हैं जिसमें उच्च गति वाले सीरियलाइज़र और डिसेरियलिज़र घटक होते हैं जिन्हें ऐलयुटी से बाहर नहीं बनाया जा सकता है। उच्च-स्तरीय भौतिक परत कार्यक्षमता जैसे कि लाइन कोडिंग, सीरियलाइज़र और डिसेरियलिज़र के साथ हार्ड लॉजिक में कार्यान्वित होना या न होना उस एफपीजीए पर निर्भर करता है|

सॉफ्ट कोर

ज़िलिनक्स ZynQ-7000 चिप पर सभी प्रोग्रामेबल सिस्टम

हार्ड-मैक्रो प्रोसेसर के विकल्प के रूप में, सॉफ्ट प्रोसेसर आईपी कोर का उपयोग करते हैं जो एफपीजीए लॉजिक के भीतर लागू किया जाता है। निओस-II, माइक्रोब्लेज़ और लैटिसिमिको32 लोकप्रिय सॉफ्टकोर प्रोसेसर के प्रचलित उदाहरण हैं। कई आधुनिक एफपीजीए को रन टाइम पर प्रोग्राम किया जाता है, जिसके कारण पुन: उपयोग करने योग्य कंप्यूटिंग या पुनर्निर्माण योग्य सिस्टम - सीपीयू का विचार है जो प्रस्तुत कार्य के अनुरूप खुद को फिर से कॉन्फ़िगर करता है। इसके अतिरिक्त, नए गैर-एफपीजीए आर्किटेक्चर उभरने लगे हैं। सॉफ्टवेयर-कॉन्फ़िगर करने योग्य माइक्रोप्रोसेसर्स जैसे कि स्ट्रेच S5000 एक ही चिप पर प्रोसेसर कोर की सरणी और एफपीजीए जैसे प्रोग्रामेबल कोर प्रदान करके हाइब्रिड दृष्टिकोण को अपनाते हैं।

एकीकरण

2012 में कोर्स-ग्रेन्ड संरचना दृष्टिकोण को प्रोग्राम ब्लॉकों और पारंपरिक एफपीजीए के इंटरकनेक्ट्स के संयोजन से एक कदम और आगे बढ़ाया गया, जो एम्बेडेड माइक्रोप्रोसेसरों और संबंधित बाह्य उपकरणों के साथ एक प्रोग्राम योग्य चिप पर एक पूर्ण प्रणाली बनाने के लिए किया गया। यह काम 1982 में रॉन पर्लॉफ और बरोज़ एडवांस्ड सिस्टम्स ग्रुप के हनन पोटाश द्वारा बनाई गई संरचना को दर्शाता है, जिसने SB24 नामक एकल चिप पर पुन: संयोजक सीपीयू संरचना को जोड़ दिया है।[23] इस तरह की हाइब्रिड प्रौद्योगिकियों के उदाहरण ज़िलिनक्स ZynQ-7000 में सभी प्रोग्रामेबल सिस्टम-ऑन-चिप में पाए जा सकते हैं।[24] जिसमें एक 1.0 GHz ड्यूल-कोर आर्म कॉर्टेक्स -A9 MPCore प्रोसेसर, एफपीजीए के लॉजिक फैब्रिक या अल्टेरा अरिया V एफपीजीए के भीतर एम्बेडेड है[25], जिसमें 800 MHz ड्यूल-कोर आर्म कॉर्टेक्स-A9 MPCore शामिल है। एटमेल एफपीएसएलआईसी एक और ऐसा उपकरण है, जो एटमेल के प्रोग्रामेबल लॉजिक संरचना के साथ संयोजन में एवीआर प्रोसेसर का उपयोग करता है। माइक्रोसेमी स्मार्ट फ्यूजन डिवाइस के फ्लैश मेमोरी-आधारित एफपीजीए फैब्रिक में एक एआरएम Cortex-M3 हार्ड प्रोसेसर कोर (512 kB तक का फ़्लैश और 64 kB का रैम) और एनालॉग परिधीय जैसे कि मल्टी-चैनल एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स और डिजिटल-टू-एनालॉग कन्वर्टर्स शामिल हैं।

क्लॉकिंग

एफपीजीए के अंदर निर्मित अधिकांश सर्किटरी सिंक्रोनस सर्किटरी है जिसमें एक घड़ी सिग्नल की आवश्यकता होती है। एफपीजीए में घड़ी और रीसेट के लिए समर्पित वैश्विक और क्षेत्रीय रूटिंग नेटवर्क होते हैं ताकि उन्हें न्यूनतम छेड़-छाड़ के साथ वितरित किया जा सके। इसके अलावा, एफपीजीए में आम तौर पर एनालॉग चरण-बंद लूप (फेज-लॉक्ड लूप्स) और/या देरी-बंद लूप (डिले-लॉक्ड लूप्स) घटकों को नई घड़ी आवृत्तियों को संश्लेषित करने और जिटर को कम करने के लिए भी शामिल किया जाता है। जटिल डिजाइन अलग-अलग आवृत्ति और चरण संबंधों के साथ कई घड़ियों का उपयोग कर सकते हैं, प्रत्येक अलग घड़ी डोमेन बनाते हैं। ये घड़ी संकेत स्थानीय रूप से ऑसिलेटर द्वारा उत्पन्न किए जा सकते हैं या उन्हें उच्च गति सीरियल डेटा स्ट्रीम से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। मेटास्टेबिलिटी से बचने के लिए घड़ी डोमेन क्रॉसिंग सर्किटरी का निर्माण करते समय सावधानी बरतनी चाहिए। एफपीजीए में आम तौर पर रैम के ब्लॉक होते हैं जो ड्यूल पोर्ट रैम के रूप में काम करने में सक्षम होते हैं। ये अलग-अलग घड़ियों के साथ दोहरे पोर्ट रैम, अलग-अलग घड़ी डोमेन को जोड़ने वाले फिफोस (एफआईएफओ) और दोहरे पोर्ट बफ़र्स के निर्माण में सहायता करते हैं।

3डी आर्किटेक्चर

एफपीजीए के आकार और ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए, तबुला और ज़िलिनक्स जैसे विक्रेताओं ने तीन-आयामी या क्रमबद्ध (स्टैक्ड) आर्किटेक्चर पेश किया है।[26][27] इसके 28 nm 7-सीरीज़ एफपीजीएएस की शुरूआत के बाद 28 और एनबीएसपी; एनएम 7-सीरीज़ एफपीजीएएस, ज़िलिनक्स ने कहा कि उन एफपीजीएएस उत्पाद लाइनों में उच्चतम घनत्व वाले भागों में से कई का निर्माण, एक पैकेज में ही कई सांचों का उपयोग करके किया जाएगा। इसमें 3-डी निर्माण और स्टैक्ड-डाई असेंबली के लिए विकसित प्रौद्योगिकी का उपयोग किया जाता है ।

ज़िलिनक्स के दृष्टिकोण के अनुसार कई (तीन या चार) सक्रिय एफपीजीएएस सांचे, सिलिकॉन इंटरपोसर पास पास स्टैक किये जाते हैं| इंटरपोसर सिलिकॉन का एकल टुकड़ा है जिसमें निष्क्रिय इंटरकनेक्ट होते हैं।[27][28] मल्टी-डाई निर्माण, एफपीजीएएस के विभिन्न भागों को विभिन्न प्रक्रिया-प्रौद्योगिकियों के साथ बनाने की सहूलियत देता है, क्योंकि प्रक्रिया की आवश्यकताएं, एफपीजीएएस फैब्रिक और बहुत उच्च गति 28 Gbit/s सीरियल ट्रांसीवर्स के बीच भिन्न होती हैं। इस तरह से निर्मित एफपीजीएएस को विषम (हेट्रोगेनोस) एफपीजीएएस कहा जाता है।[29]

अलटेरा के विषम दृष्टिकोण में एकल मोनोलिथिक एफपीजीएएस साँचा शामिल है और इंटेल के एम्बेडेड मल्टी-डाई इंटरकनेक्ट ब्रिज (ईएमआईबी) तकनीक का उपयोग करके एफपीजीएएस से अन्य डाई/प्रौद्योगिकियों को जोड़ना शामिल है।[30]

प्रोग्रामिंग

Further information: Logic synthesis, Verification and validation, and Place and route

एफपीजीएएस के व्यवहार को परिभाषित करने के लिए, उपयोगकर्ता हार्डवेयर विवरण भाषा (एचडीएल) या योजनाबद्ध डिजाइन के रूप में डिज़ाइन प्रदान करता है। एचडीएल फॉर्म बड़ी संरचनाओं के साथ काम करने के लिए अधिक अनुकूल है क्योंकि हर टुकड़े को हाथ से आकर्षित से चित्रित करने के बजाय उच्च-स्तरीय कार्यात्मक व्यवहार को निर्दिष्ट करना संभव है। हालांकि, योजनाबद्ध प्रविष्टि, डिजाइन और इसके घटक मॉड्यूल के आसान दृश्य के लिए अनुमति दे सकती है।

इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन ऑटोमेशन टूल का उपयोग करके, प्रौद्योगिकी-मैप्ड नेटलिस्ट तैयार किया जाता है । नेटलिस्ट को प्लेस-एंड-रूट नामक सॉफ्टवेयर का उपयोग करके वास्तविक एफपीजीएएस आर्किटेक्चर के लिए फिट किया जा सकता है, जिसे आमतौर पर एफपीजीएएस कंपनी के मालिकाना स्थान-और-रूट सॉफ्टवेयर द्वारा किया जाता है। उपयोगकर्ता समय विश्लेषण, सिमुलेशन और अन्य सत्यापन और मान्यकरण तरीकों के माध्यम से मानचित्र, स्थान और मार्ग परिणामों का पुष्टिकरण करता है। डिजाइन और सत्यापन प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, बाइनरी फ़ाइल बनती है और आमतौर पर एफपीजीएएस विक्रेता के मालिकाना सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हुए, एफपीजीएएस को कॉन्फ़िगर करने के लिए (पुनः) उपयोग किया जाता है। यह फ़ाइल एफपीजीए/सीपीएलडी को एक सीरियल इंटरफ़ेस (जेटीयेजी) के माध्यम से या ईईप्रोम की तरह बाहरी मेमोरी डिवाइस में स्थानांतरित कर दी जाती है।

सबसे आम एचडीएल, वीएचडीएल के साथ -साथ सिस्टम वरिलोग जैसे एक्सटेंशन हैं। हालांकि, एचडीएल, जिनकी तुलना असेंबली भाषाओं के बराबर की गई है, में डिजाइनिंग की जटिलता को कम करने के लिए ,[by whom?] वैकल्पिक भाषाओं की शुरूआत के माध्यम से अमूर्त स्तर बढ़ाने के लिए प्रयास हो रहा है। नेशनल इंस्ट्रूमेंट्स की लैबव्यू ग्राफिकल प्रोग्रामिंग लैंग्वेज (कभी-कभी G के रूप में संदर्भित) में एफपीजीए ऐड-इन मॉड्यूल है जो एफपीजीए हार्डवेयर को लक्ष्य और प्रोग्राम कर सकता है। वरिलोग एचडीएल को अधिक मजबूत और लचीला बनाने की प्रक्रिया को सरल बनाने के लिए बनाया गया था। वरिलोग वर्तमान में अत्यधिक लोकप्रिय है। वरिलोग इसके कार्यान्वयन के विवरण को छिपाने के लिए अमूर्तता का स्तर बनाता है। वीएचडीएल के विपरीत, वरिलोग में C-जैसा सिंटैक्स होता है।[31]

एफपीजीएएस में जटिल प्रणालियों के डिजाइन को सरल बनाने के लिए, पूर्वनिर्धारित जटिल कार्यों और सर्किटों के पुस्तकालय मौजूद हैं जिन्हें डिजाइन प्रक्रिया को गति देने के लिए परीक्षण और अनुकूलित किया गया है। इन पूर्वनिर्धारित सर्किटों को आमतौर पर बौद्धिक संपदा (आईपी) कोर कहा जाता है, और एफपीजीए विक्रेताओं और अन्य-पक्ष आईपी आपूर्तिकर्ताओं से उपलब्ध हैं। वे शायद ही कभी स्वतंत्र होते हैं और आमतौर पर मालिकाना लाइसेंस के तहत जारी किए जाते हैं। डेवलपर समुदायों जैसे कि ओपनकोर्स ( जो आमतौर पर मुफ्त और ओपन-सोर्स सॉफ़्टवेयर के तहत जारी किया गया है जैसे कि जीपीएल, बीएसडी या इसी तरह के अन्य लाइसेंस) से अन्य पूर्वनिर्धारित सर्किट उपलब्ध हैं। इस तरह के डिजाइनों को ओपन-सोर्स हार्डवेयर के रूप में जाना जाता है।

एक विशिष्ट डिजाइन प्रवाह में, एफपीजीए एप्लिकेशन डेवलपर डिजाइन प्रक्रिया के दौरान कई चरणों में डिजाइन का अनुकरण करेगा। प्रारंभ में रजिस्टर-ट्रांसफर स्तर (वीएचएलडी) या वरिलोग में आरटीएल विवरण सिस्टम को अनुकरण करने और परिणामों का निरीक्षण करने के लिए परीक्षण बेंच बनाकर अनुकरण करते हैं फिर, संश्लेषण इंजन डिज़ाइन को नेटलिस्ट के लिए मैप करते हैं, नेटलिस्ट को गेट-लेवल विवरण में अनुवादित किया जाता है, जहां त्रुटियों के बिना किये गए संश्लेषण की पुष्टि करने के लिए अनुकरण को दोहराया जाता है। अंत में डिजाइन को एफपीजीए में बिंदु पर रखा गया है, जहाँ प्रसार-विलम्ब जोड़ा जा सकता है और अनुकरण फिर से इन मानों के साथ नेटलिस्ट पर वापस ला कर दुहराया जाता है ।

हाल ही में, प्रोग्रामर द्वारा ओपन-सीएल कंप्यूटिंग लैंग्वेज का उपयोग किया जा रहा है ताकि एफपीजीए द्वारा प्रदान करने वाली प्रदर्शन और शक्ति क्षमता का लाभ उठाया जा सके। ओपनसीएल प्रोग्रामर को सी प्रोग्रामिंग भाषा में कोड विकसित करने और ओपनसीएल निर्माणों का उपयोग करके ओपनसीएल कर्नेल के रूप में एफपीजीए फ़ंक्शन को लक्षित करने की अनुमति देता है।[32] अधिक जानकारी के लिए, उच्च-स्तरीय संश्लेषण (हाई-लेवल सिंथेसिस) और सी टू एचडीएल देखें।

अधिकांश एफपीजीए प्रोग्राम करने के लिए, ऐसरैम-आधारित दृष्टिकोण पर भरोसा करते हैं। ये एफपीजीए इन-सिस्टम प्रोग्रामेबल और री-प्रोग्रामेबल हैं, लेकिन इनको बाहरी बूट डिवाइस की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, फ्लैश मेमोरी या ईईप्रोम डिवाइस जो अक्सर आंतरिक एसरैम, जो रूटिंग और लॉजिक को नियंत्रित करता है, में सूचना को लोड कर सकते हैं। एसरैम (एसरैम) दृष्टिकोण सीमोस (सीमॉस) पर आधारित है।

एसरैम (एसरैम) दृष्टिकोण के दुर्लभ विकल्प हैं:

  • फ्यूज: वन-टाइम प्रोग्रामेबल, द्विध्रुवी, अप्रचलित।
  • एंटीफ्यूज़: वन-टाइम प्रोग्रामेबल, सीमोस (सीमॉस), उदाहरण: एक्टेल SX और एक्ससेलरेटर परिवार; क्विकलॉजिक एक्लिप्स परिवार।[33]
  • प्रोम : प्रोम प्रोग्रामेबल रीड-ओनली मेमोरी टेक्नोलॉजी, प्लास्टिक पैकेजिंग के कारण एक बार प्रोग्रामेबल, अप्रचलित।
  • इप्रोम : इरेज़ेबल प्रोग्रामेबल रीड-ओनली मेमोरी टेक्नोलॉजी, एक बार प्रोग्राम करने योग्य लेकिन खिड़की के साथ, पराबैंगनी (UV) प्रकाश के साथ मिटाया जा सकता है, सीमोस (सीमॉस), अप्रचलित।
  • इइप्रोम (ईईप्रोम): विद्युत रूप से इरेज़ेबल प्रोग्रामेबल रीड-ओनली मेमोरी टेक्नोलॉजी, प्लास्टिक पैकेजों में भी मिटाया जा सकता है, कुछ लेकिन सभी ईईप्रोम उपकरणों को इन-सिस्टम प्रोग्राम नहीं किया जा सकता है, सीमोस (सीमॉस)।
  • फ्लैश : फ्लैश-एरेस इप्रोम तकनीक, प्लास्टिक पैकेजों में भी मिटाया जा सकता है, कुछ लेकिन सभी फ्लैश डिवाइस इन-सिस्टम प्रोग्राम नहीं किए जा सकते हैं| आमतौर पर, फ्लैश सेल समान ईईप्रोम सेल से छोटा होता है और इसलिए निर्माण के लिए कम खर्चीला होता है, सीमोस (सीमॉस), उदाहरण: एक्टेल प्रोसेक परिवार।[33]

प्रमुख निर्माता

2016 में, लंबे समय तक उद्योग प्रतिद्वंद्वियों ज़िलिनक्स (अब ऐएमडी का हिस्सा) और अल्टेरा (अब इंटेल सहायक) एफपीजीए बाजार के अग्रणी थे।[34] उस समय, उन्होंने लगभग 90 प्रतिशत बाजार को नियंत्रित किया।

ज़िलिनक्स (अब ऐएमडी) और अल्टेरा (अब इंटेल) दोनों विंडोज और लिनक्स (ISE/VIVADO और क्वार्टस) के लिए मालिकाना इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन ऑटोमेशन सॉफ्टवेयर प्रदान करते हैं जो इंजीनियरों को उनके डिजाइनों को डिजाइन, विश्लेषण, अनुकरण और संश्लेषित करने में सक्षम बनाता है।[35][36]

अन्य निर्माताओं में शामिल हैं:

  • माइक्रोचिप :
    • माइक्रोसेमी (पहले एक्टेल), एंटीफ्यूज़, फ्लैश-आधारित, मिश्रित-सिग्नल एफपीजीएs का उत्पादन करता है ;2018 में माइक्रोचिप द्वारा अधिग्रहित
    • एटमेल, कुछ अल्टेरा- संगत उपकरणों का दूसरा स्रोत; इसके अलावा FPSLIC[clarification needed] उपर्युक्त;[37] 2016 में माइक्रोचिप द्वारा अधिग्रहित
  • लैटिस सेमीकंडक्टर, जो कम-शक्ति एसरैम- आधारित एफपीजीएs का निर्माण करता है। जिसमें एकीकृत कॉन्फ़िगरेशन फ्लैश, इंस्टेंट-ऑन और लाइव पुनर्संरचना की विशेषता है|
    • सिलिकॉनब्लू टेक्नोलॉजीज, जो वैकल्पिक एकीकृत गैर-वाष्पशील मेमोरी के साथ बेहद कम-शक्ति एसरैम- आधारित एफपीजीए प्रदान करता है; 2011 में लैटिस द्वारा अधिग्रहित |
  • क्विकलॉजिक ,[38] जो बेहद कम पावर सेंसर हब, बेहद कम संचालित, कम घनत्व एसरैम- आधारित एफपीजीएs का निर्माण करता है, डिस्प्ले ब्रिड्जस MIPI & RGB इनपुट्स, MIPI, RGB और LVDS आउटपुट्स के साथ
  • एक्रोनिक्स , 1.5 GHz फैब्रिक स्पीड के साथ एसरैम आधारित एफपीजीएs का निर्माण[39]

मार्च 2010 में, तबुला ने अपनी एफपीजीए तकनीक की घोषणा की, जो समय-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग लॉजिक का और इंटरकनेक्ट उपयोग करता है जो उच्च घनत्व वाले अनुप्रयोगों के लिए संभावित लागत में बचत का दावा करता है।[40] 24 मार्च, 2015 को, तबुला आधिकारिक तौर पर बंद हो गया।[41]

1 जून, 2015 को, इंटेल ने घोषणा की कि वह लगभग 16.7 बिलियन डॉलर में अल्टेरा का अधिग्रहण करेगा और 30 दिसंबर, 2015 को अधिग्रहण पूरा कर लिया।[42]

27 अक्टूबर, 2020 को, एएमडी ने घोषणा की कि यह ज़िलिनक्स का अधिग्रहण करेगा।[43]

अनुप्रयोग

See also: Hardware acceleration

एफपीजीएएस का उपयोग किसी भी समस्या को हल करने के लिए किया जा सकता है जो कम्प्यूटेशनल है। यह इस मामूली से तथ्य से साबित होता है कि एफपीजीएएस का उपयोग सॉफ्ट माइक्रोप्रोसेसर को लागू करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि ज़िलिनक्स मिक्रोब्लाज़े या अल्टेरा निओस। इसकी उपयोगिता इस बात में निहित है कि वे कुछ अनुप्रयोगों के लिए काफी तेज हैं ऐसा कुछ प्रक्रियाओं के लिए उपयोग किए जाने वाले फाटकों की संख्या के संदर्भ में उनकी समानांतर प्रकृति और परिपक्वता का होना है।[44]

एफपीजीए मूल रूप से मुद्रित सर्किट बोर्डों के लिए ग्लू लॉजिक को लागू करने के लिए सीपीएलडी के प्रतियोगियों के रूप में शुरू हुआ। जैसे -जैसे उनके आकार, क्षमताओं और गति में वृद्धि हुई, एफपीजीए इन अतिरिक्त फंक्शन्स को उस स्तर तक के गया, जहां कुछ को अब पूर्ण सिस्टम्स ऑन चिप्स के रूप में विपणन किया जाता है। विशेष रूप से 1990 के दशक के उत्तरार्ध में एफपीजीए आर्किटेक्चर में समर्पित गुणकों की शुरूआत के साथ, जिन अनुप्रयोग के लिए पारंपरिक रूप से डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर हार्डवेयर (डीऐसपीऐस) एकमात्र रिजर्व था, इसके बजाय एफपीजीए को शामिल करना शुरू कर दिया।[45][46]

एफपीजीएएस के विकास ने इन उपकरणों के उपयोग में वृद्धि को प्रेरित किया, जिनकी संरचना जटिल कार्यों के लिए अनुकूलित हार्डवेयर समाधानों के विकास की अनुमति देती है, जैसे कि 3-डी एमआरआई छवि विभाजन (इमेज सेगमेंटेशन ) , 3-डी असतत वेवलेट ट्रांसफ़ॉर्म, टोमोग्राफिक छवि पुनर्निर्माण या पीईटी/एमआरआई सिस्टम।[47][48] विकसित समाधान समानांतर प्रसंस्करण के साथ गहन गणना कार्यों का प्रदर्शन कर सकते हैं, गतिशील रूप से पुन: प्रोग्राम करने योग्य हैं, और चिकित्सा इमेजिंग से जुड़ी सभी कठिन वास्तविक समय (रियल टाइम) की आवश्यकताओं को पूरा करते भी लागत कम होती है।

एफपीजीए के उपयोग में एक और प्रचलन हार्डवेयर अक्सेलरेशन है, जहां एफपीजीए का उपयोग एल्गोरिथ्म के कुछ भागों को तेज करने और एफपीजीए और जेनेरिक प्रोसेसर के बीच गणना के हिस्से को साझा करने के लिए कर सकता है। ऐसा अनुमान है, खोज इंजन बिंग ने 2014 में अपने खोज एल्गोरिथ्म के लिए एफपीजीए अक्सेलरेशन को अपनाया है।[49] 2018 तक, माइक्रोसॉफ्ट के "प्रोजेक्ट कैटापुल्ट" सहित AI एक्सेलेरेटर और मशीन लर्निंग के अनुप्रयोगों में कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क (आर्टिफीसियल न्यूरल नेटवर्क्स ) को तेज करने के लिए एफपीजीए के उपयोग में वृद्धि देख रहे हैं[10] ।

परंपरागत रूप से,[when?] एफपीजीए को विशिष्ट ऊर्ध्वाधर अनुप्रयोगों के लिए आरक्षित किया गया है जहां उत्पादन मात्रा छोटी है। इन कम-मात्रा वाले अनुप्रयोगों के लिए, प्रोग्राम योग्य चिप के लिए प्रति यूनिट हार्डवेयर लागत में कंपनियां जो प्रीमियम भुगतान करती हैं, वह एएसआईसी बनाने पर खर्च किए गए विकास संसाधनों की तुलना में अधिक सस्ती है। 2017 तक, नई लागत और प्रदर्शन की गतिशीलता ने व्यवहार्य अनुप्रयोगों की सीमा को व्यापक बनाया है।

कंपनी गीगाबाइट टेक्नोलॉजी ने एक आई-रैम कार्ड बनाया, जिसमें ज़िलिनक्स एफपीजीए का उपयोग किया गया, हालांकि बड़ी मात्रा में बनाए जाने पर यह कस्टम मेड चिप सस्ता होगा। यह एफपीजीए जल्दी से बाजार में लाने के लिए चुना गया था और 1000 इकाइयों की प्रारंभिक खपत इस एफपीजीए को सबसे अच्छा विकल्प बना रहा था। यह डिवाइस लोगों को हार्ड ड्राइव के रूप में कंप्यूटर रैम का उपयोग करने की अनुमति देता है।[50]

एफपीजीए के लिए अन्य उपयोगों में शामिल हैं:

  • अंतरिक्ष ( रेडिएशन हार्डनिंग  [51] के साथ  )
  • हार्डवेयर सुरक्षा मॉड्यूल[52]

सुरक्षा

हार्डवेयर सुरक्षा के विषय में एफपीजीए (एफपीजीए) के पास एएसआईसी या सुरक्षित माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में फायदे और नुकसान दोनों हैं। एफपीजीए का लचीलापन, निर्माण के दौरान दुर्भावनापूर्ण संशोधनों के जोखिम को कम कर देता है।[53] पहले कई एफपीजीए के लिए, डिज़ाइन बिटस्ट्रीम को उजागर किया गया था, जबकि एफपीजीए इसे बाहरी मेमोरी (आमतौर पर हर पावर-ऑन पर) से लोड करता है। सभी प्रमुख एफपीजीए विक्रेता अब डिजाइनरों को बिटस्ट्रीम एन्क्रिप्शन और प्रमाणीकरण जैसे सुरक्षा समाधानों की व्यवस्था प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, अल्टेरा और ज़िलिनक्स एक बाहरी फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत बिटस्ट्रीम के लिए ऐईऐस एन्क्रिप्शन (256-बिट तक) की पेशकश करते हैं।

एफपीजीए जो अपने कॉन्फ़िगरेशन को आंतरिक रूप से गैर-फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत करते हैं, जैसे कि माइक्रोसेमी के प्रोएसिक 3 या लैटिस के XP2 प्रोग्रामेबल डिवाइस जो बिटस्ट्रीम को उजागर नहीं करते हैं और जिन्हे एन्क्रिप्शन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, लुकअप टेबल के लिए फ्लैश मेमोरी स्पेस एप्लिकेशन के लिए सिंगल इवेंट अपसेट सुरक्षा प्रदान करती है।[clarification needed] छेड़छाड़ प्रतिरोध की उच्च गारंटी चाहने वाले ग्राहक, माइक्रोसेमी जैसे विक्रेताओं के एक बार-लेखन (राइट-वन्स) एंटीफ्यूज़ एफपीजीए का उपयोग कर सकते हैं।

अपने स्ट्रैटिक्स-10 एफपीजीएएस और एसओसीएस के साथ, अल्टेरा ने शारीरिक हमलों के खिलाफ उच्च स्तर की सुरक्षा प्रदान करने के लिए सुरक्षित डिवाइस मैनेजर और फिजिकल अस्वाभाविक फंक्शन्स (फिजिकल उंक्लोनाब्ले फंक्शन्स) को पेश किया।[54]

2012 में शोधकर्ताओं सर्गेई स्कोरोबोगाटोव और क्रिस्टोफर वुड्स ने प्रदर्शित किया कि कुछ एफपीजीए शत्रुतापूर्ण इरादे की दृष्टि असुरक्षित से हो सकते हैं। उन्होंने पाया कि नाजुक पिछले दरवाजे की भेद्यता सिलिकॉन में एक्टेल/माइक्रोसेमी प्रोएसिक 3 के हिस्से के रूप में निर्मित की गई थी, जो इसे कई स्तरों पर असुरक्षित बनाती है जैसे कि क्रिप्टो और एक्सेस कीज़ को रिप्रोग्रामिंग, अनएन्क्रिप्टेड बिटस्ट्रीम तक पहुंचना निम्न-स्तरीय सिलिकॉन सुविधाओं को संशोधित करना और कॉन्फ़िगरेशन डेटा निकालना|[55]

समरूप प्रौद्योगिकियां

ऐतिहासिक रूप से एफपीजीए धीमे, कम ऊर्जा कुशल रहे हैं और आम तौर पर उनके समकक्ष निश्चित अनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (एएसआईसी) की तुलना में कम कार्यक्षमता हासिल की है। 2006 के एक अध्ययन से पता चला है कि एफपीजीए पर लागू किए गए डिजाइनों को औसतन 40 गुना अधिक क्षेत्र की आवश्यकता होती है और 12 गुना अधिक गतिशील ऊर्जा की आवश्यकता होती है| यह एएसआईसी कार्यान्वयन की गति से एक तिहाई पर चलता है।[56] हाल ही में, एफपीजीए जैसे कि ज़िलिनक्स Virtex-7 या अल्टेरा Stratix 5[57] महत्वपूर्ण रूप से कम ऊर्जा उपयोग, अधिक गति, कम सामग्री लागत, न्यूनतम कार्यान्वयन रियल-एस्टेट, और 'ऑन-द-फ्लाई' के लिए पुन: संयोजन के लिए संभावनाओं की वृद्धि करके संबंधित एएसआईसी और ASSP ("एप्लिकेशन-विशिष्ट मानक भाग", जैसे कि एक स्टैंडअलोन USB इंटरफ़ेस चिप) को समाधान प्रस्तुत किया। एक डिज़ाइन जिसमें 6 से 10 एएसआईसीs शामिल थे, अब केवल एक एफपीजीए का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।[56]एफपीजीएs के लाभों में कमियों (bugs) को ठीक करने के लिए, पहले से ही ( in-field) तैनात होने पर फिर से प्रोग्राम करने की क्षमता और बाजार के लिए त्वरित पहुँच, गैर-आवर्ती इंजीनियरिंग लागतों को कम करना शामिल है। विक्रेता एफपीजीए प्रोटोटाइपिंग के माध्यम से मध्य-मार्ग भी ले सकते हैं: एफपीजीएs पर अपने प्रोटोटाइप हार्डवेयर को विकसित कर सकते हैं, लेकिन अपने अंतिम संस्करण को एएसआईसी के रूप में निर्मित करें ताकि डिजाइन के प्रतिबद्ध होने के बाद इसे अब संशोधित नहीं किया जा सके। यह अक्सर नए प्रोसेसर डिजाइन के साथ भी होता है।[58] कुछ एफपीजीएs में आंशिक पुन: कॉन्फ़िगरेशन की क्षमता होती है जो डिवाइस के एक हिस्से को फिर से प्रोग्राम किया जाता है, जबकि अन्य भाग काम करते रहते हैं।[59][60]

जटिल प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइस (सीएलपीडीs) और एफपीजीएs के बीच मुख्य अंतर उनकीसंरचना में हैं। सीएलपीडी में तुलनात्मक रूप से प्रतिबंधात्मक संरचना होती है जिसमें एक या एक से अधिक प्रोग्रामेबल सम-ऑफ-प्रोडक्ट्स ( sum-of-products) लॉजिक एरेज़ होते हैं, जो अपेक्षाकृत कम संख्या में क्लॉक्ड रजिस्टरों (registers) को फीड करते हैं। नतीजतन, सीएलपीडीs कम लचीले होते हैं, लेकिन अधिक पूर्वानुमानित देरी (timing delays) का लाभ होता है और a higher logic-to-interconnect ratio.[citation needed] मिलता हैं| दूसरी ओर, एफपीजीए आर्किटेक्चर, इंटरकनेक्ट द्वारा प्रभावित होते हैं। यह उन्हें कहीं अधिक लचीला बनाता है (उन डिजाइनों की सीमा के संदर्भ में जो उन पर कार्यान्वयन के लिए व्यावहारिक हैं), लेकिन डिजाइन करने के लिए अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन (EDA) सॉफ़्टवेयर की जटिल आवश्यकता है। व्यवहार में, एफपीजीएs और सीएलपीडीS के बीच का अंतर अक्सर आकार में होता है क्योंकि एफपीजीएs आमतौर पर सीएलपीडीs की तुलना में संसाधनों के मामले में बहुत बड़ा होता है। आमतौर पर केवल एफपीजीएs में अधिक जटिल एम्बेडेड फ़ंक्शन जैसे कि एडेर (Adders) ,मल्टीवेर (Multiver) , मेमोरी (Memory) और सेरिअलिज़ेर /डेसेरिअलिज़ेर्स (Serializer/deserializers) होते हैं। एक और सामान्य अंतर यह है कि सीएलपीडीs में अपने कॉन्फ़िगरेशन को स्टोर करने के लिए एम्बेडेड फ्लैश मेमोरी होती है जबकि एफपीजीएs को आमतौर पर बाहरी गैर-वाष्पशील मेमोरी (लेकिन हमेशा नहीं) की आवश्यकता होती है। जब डिज़ाइन को सरल इंस्टेंट-ऑन (लॉजिक पहले से ही पावर-अप पर कॉन्फ़िगर किया गया है) सीएलपीडीs की आवश्यकता होती है, को आमतौर पर पसंद किया जाता है। अधिकांश अन्य अनुप्रयोगों के लिए एफपीजीएs आमतौर पर पसंद किए जाते हैं। कभी -कभी सीएलपीडीS और एफपीजीएs दोनों का उपयोग एक ही सिस्टम डिज़ाइन में किया जाता है। उन डिजाइनों में, सीएलपीडीs आम तौर पर ग्लू लॉजिक (glue logic) फंक्शन करते हैं, और एफपीजीए को बूट करने के साथ -साथ पूर्ण सर्किट बोर्ड के रीसेट और बूट अनुक्रम को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। इसलिए, एप्लिकेशन की जरुरत के आधार पर एक ही डिज़ाइन में एफपीजीए और सीपीएलडी (सीएलपीडीs) दोनों का उपयोग करना विवेकपूर्ण हो सकता है।[61]

यह भी देखें

  • एफपीजीए मेजेनाइन कार्ड (एफपीजीए Mezzanine)
  • एफपीजीए प्रोटोटाइप (एफपीजीए prototyping)
  • एचडीएल सिमुलेटर (HDL simulators) की सूची
  • सिलिंक्स एफपीजीए (ज़िलिनक्स एफपीजीएs) की सूची
  • वेरिलॉग (Verilog)
  • सिस्टमवेरिलॉग (SystemVerilog)
  • वीएचडीएल (VHDL)
  • हार्डवेयर एक्सिलरेशन (Hardware acceleration)

संदर्भ

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अग्रिम पठन

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बाहरी संबंध


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