FPGA mang lại lợi ích cho nhiều loại thiết bị điện tử khác nhau. Từ điều hướng máy bay, siêu âm y tế đến công cụ tìm kiếm dữ liệu, mọi người dựa vào FPGA để phát triển và sử dụng công nghệ mà họ sử dụng hàng ngày.
Bài viết này sẽ giải đáp FPGA là gì và nó được sử dụng để làm gì. Cùng tìm hiểu ngay sau đây nhé!
Bài viết này sẽ giải đáp FPGA là gì và nó được sử dụng để làm gì. Cùng tìm hiểu ngay sau đây nhé!
FPGA là gì?
FPGA là từ viết tắt của Field Programmable Gate Array. Nó là một thiết bị bán dẫn dựa trên ma trận các Configurable Logic Blocks (CLB), theo đó phần lớn chức năng điện bên trong thiết bị có thể được thay đổi bởi kỹ sư thiết kế.
FPGA được xác định bởi mảng các mạch con kỹ thuật số kết nối với nhau, thực hiện những chức năng chung đồng thời cung cấp mức độ linh hoạt cao. FPGA thuộc về một loại thiết bị được gọi là logic khả trình (hay phần cứng có thể lập trình). FPGA không tự làm bất cứ điều gì, thay vào đó nó có thể cấu hình để trở thành bất kỳ mạch kỹ thuật số nào được yêu cầu. Vậy FPGA hoạt động như thế nào?
FPGA hoạt động như thế nào?
Cách thức hoạt động của FPGA rất đơn giản. Một cấu hình được load vào FPGA, sau đó nó sẽ bắt đầu hoạt động giống như bất kỳ mạch nào bạn yêu cầu. Cấu hình dựa trên RAM của FPGA có nghĩa là nó có thể được cấu hình lại số lần không giới hạn.
Các loại FPGA
Có hai cách chính để phân loại FPGA: Theo cách sắp xếp bên trong của các khối (block) hoặc theo loại công nghệ lập trình. Khi nói đến cách sắp xếp, FPGA thuộc 1 trong 3 loại sau:
1. Mảng đối xứng: Sự sắp xếp này được tạo thành từ hàng và cột của những logic block được kết nối với nhau, bao quanh bởi các block đầu vào/đầu ra.
2. Kiến trúc dựa trên hàng: Sự sắp xếp này xen kẽ các hàng logic block và tài nguyên kết nối có thể lập trình được, với những block đầu vào/đầu ra dọc theo các cạnh.
3. PLD (thiết bị logic có thể lập trình) phân cấp: Những thiết bị này có bố cục phức tạp hơn. Cấp cao nhất được tạo thành từ các logic block và kết nối với nhau. Các logic block chứa những mô-đun logic, có các phần tử chức năng tổ hợp và tuần tự.
Công dụng phổ biến của FGPA
Có vô số cách sử dụng với FPGA bao gồm một loạt các lĩnh vực. Các trường hợp sử dụng phổ biến của FGPA bao gồm:
- Xử lý video và hình ảnh.
- Các ứng dụng quân sự.
- Radio do phần mềm xác định.
- Tạo hình ảnh y khoa.
- Giao tiếp có dây và không dây.
- Tích hợp nhiều thiết bị logic có thể lập trình đơn giản.
- Nhận diện giọng nói.
- Mật mã học.
- Xử lý tín hiệu số.
- Tạo mẫu ASIC.
- Bộ điều khiển thiết bị.
- Các hệ thống giả lập phần cứng máy tính.
- Tin sinh học (Bioinformatics).
- Tính toán hiệu suất cao.
- Hàng không vũ trụ và quốc phòng.
- Ô tô.
- Phát sóng điện tử tiêu dùng.
- Trung tâm dữ liệu y tế.
- Dụng cụ khoa học và công nghiệp.
Lợi ích của việc sử dụng FPGA
FPGA cung cấp nhiều lợi thế hơn so với những triển khai thông thường.| Lợi ích | Chi tiết |
| Tích hợp | Càng nhiều chức năng trong FPGA ngày nay (bao gồm các bộ xử lý trên cùng một chip, bộ thu phát I/Os ở tốc độ 28Gbps trở lên, RAM block, công cụ DSP) thì càng có ít thiết bị trên bảng mạch. Điều này giúp tăng độ tin cậy vì số lần xảy ra sự cố do hỏng hóc thiết bị sẽ giảm xuống. |
| Độ linh hoạt | Chức năng của FPGA có thể thay đổi sau mỗi lần khởi động thiết bị. Điều này có nghĩa là nếu một kỹ sư thiết kế muốn thực hiện thay đổi, họ có thể chỉ cần tải file cấu hình mới vào thiết bị và thực hiện thay đổi. |
| Khả năng tăng tốc | FPGA có thể được đưa ra thị trường một cách nhanh chóng. Do tính linh hoạt của FPGA, các nhà sản xuất thiết bị gốc có thể xuất xưởng hệ thống ngay sau khi thiết kế được chứng minh là có thể hoạt động tốt và đã được thử nghiệm. |
| Tính sẵn có về lâu dài | Việc sử dụng FPGA mang lại cho bạn sự độc lập với các nhà sản xuất thành phần, bởi vì chức năng không nằm trong bản thân mô-đun mà nằm trong cấu hình của nó. Khả năng lập trình này có thể được thực hiện theo cách không yêu cầu bất kỳ điều chỉnh nào trên những FPGA khác nhau. |