Digitrode

Аппаратный чип, который может выполнять логические процессы, известен под названием FPGA или ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема или программируемая вентильная матрица). Они состоят из схем, рассредоточенных по кристаллу, и либо интегрированной сети, либо набора программируемых логических элементов. Фундаментальными компонентами FPGA являются отдельные программируемые логические блоки или CLB. Эти CLB соединяются посредством программируемых межсоединений. В отличие от других типов полупроводниковых микросхем (таких как ASIC), которые часто являются «жесткими» по своей конструкции и исполнению, как следует из названия полупроводниковой технологии, преимущества FPGA признаются благодаря их возможности программирования.

Одним из важнейших продуктов в микроэлектронике, играющих ключевую роль в развитии многих технических разработок, являются чипы FPGA. В этом материале мы опишем наиболее распространенные приложения FPGA и приведем примеры их использования в различных контекстах. Существуют различные типы микросхем FPGA, некоторые из которых предпочтительнее в определенных ситуациях и приложениях.

Если вы тот, кто интересуется встраиваемыми системами и электронными устройствами, и если вы планируете собрать домашнюю лабораторию, то эта статья поможет вам.

Типичная лабораторная установка электронщика должна содержать осциллограф, генератор сигналов, логический анализатор, анализатор спектра и мультиметр. Но все это довольно дорого для обычного энтузиаста. Тогда позвольте представить одно устройство, которое включает в себя все измерительные системы и микросхему ПЛИС типа FPGA, чтобы вы могли одновременно измерять и программировать FPGA. И называется такая система Red Pitaya.

Существует довольно много различий между микросхемами FPGA и ASIC. Логика ASIC обычно намного больше, чем у FPGA. Существует разница в количестве вентилей на порядок, а рабочие часы намного выше, чем у FPGA. Более того, FPGA относительно гибкая, чем ASIC, потому что ее можно запрограммировать, но только с точки зрения RTL-дизайна. Но обо всем по порядку, поэтому давайте сначала вкратце рассмотрим, что из себя представляют ASIC и FPGA.

Конечные автоматы являются одной из наиболее распространенных моделей работы как в аппаратных, так и в программных системах. Практически любую полезную цифровую систему можно определить как конечный автомат, поэтому неплохо узнать как можно больше об этом полезном системном шаблоне.

В этой статье описаны основы конечных автоматов и показан практический способ их реализации на языке Verilog.

Обычно вы не думаете о моделировании кода Verilog, который, как правило, вы пишите для FPGA, как о визуальном процессе. Вы пишете тестовый скрипт и запускайте симуляцию. Вы можете получить какую-то распечатанную информацию или получить графический результат, основанный на форме сигналов, но обычно вы не видите схему.

Теперь этот недостаток исправлен, и разработчики могут посмотреть на «написанную» в Verilog схему в своем браузере. Новый сайт (digitaljs.tilk.eu) объединяет Yosys и логический симулятор на основе javascript, позволяющий визуализировать и моделировать Verilog в вашем браузере. Работа над этим проектом все еще продолжается на GitHub, поэтому вы можете найти некоторые недочеты, но, тем не менее, это и полезный ресурс для многих разработчиков, проектирующих устройства с использованием ПЛИС.

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) типа FPGA могут иметь крутую кривую обучения, поэтому начальные учебные пособия являются популярной темой среди новичков.

Недавно компания Intel опубликовала видео под названием Basics of Programmable Logic: FPGA Architecture (Основы программируемой логики: архитектура FPGA), и вы можете увидеть его ниже. Конечно, Intel купила Altera, поэтому материал имеет немного привкус Altera/Intel, но курс достаточно общий, поэтому приведенные в нем концепции будут применяться практически к любой FPGA.

Если вы – новичок в работе с программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС) типа FPGA и ищете новую отладочную плату, которая поможет вам учиться такому нелегкому делу, как программирование FPGA, то в данном материале будет как раз предоставлен краткий обзор трех оптимальных плат с FPGA для новичков.

Искусственный интеллект (ИИ) – это, несомненно, будущее вычислений, при этом большое количество исследований проводится в попытке создать полезный и надежный ИИ. Часть исследований ИИ включает в себя изучение области, называемой глубоким обучением, являющейся отраслью машинного обучения, которая использует алгоритмы для моделирования абстракций высокого уровня. В настоящее время для моделирования процессов глубокого обучения и обработки этих алгоритмов разрабатываются большие системы с использованием графических процессоров в качестве центрального средства обработки.

Большая часть сегодняшних массовых вычислений использует графические процессоры, потому что закон Мура за последние несколько десятилетий сохранился, однако мы приближаемся к тому времени, когда развитие графических процессоров (GPU) не будет соответствовать требованиям алгоритмов ИИ. В дополнение к вычислительной мощности, эти GPU-системы также потребляют большое количество энергии. Итак, как можно увеличить вычислительную мощность при одновременном снижении энергопотребления в процессе выполнения этих алгоритмов глубокого обучения?

Поскольку ПЛИС FPGA – это всего лишь сочетание компонентов цифровой логики на кристалле, для разработчиков не является редкостью создавать процессор, используя хотя бы часть схемы FPGA.

С появлением новых типов ядер появляются и новые их реализации для программируемых логических схем. VexRiscv – это реализация архитектуры процессора RISC-V с использованием языка SpinalHDL.

Работа с программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС) с программной точки зрения не проще, а зачастую сложнее программирования микроконтроллеров или обычных персональных компьютеров. Но не все редакторы языков Verilog или VHDL имеют такое же удобство пользования, как у редакторов для программирования более классических вычислительных машин. Поэтому для тех, кто разрабатывает программы для ПЛИС в частности на языке Verilog, был бы полезен простой и удобный инструмент наподобие редактора NotePad++. Редактор SystemVerilog Editor благодаря своей функциональности может стать таковым.