FPGA PCB Assembly

Was ist FPGA?

FPGA (Field Programmable Gate Array) ist ein rekonfigurierbarer Schaltungschip und eine Hardware rekonfigurierbare Architektur. FPGA-Design ist keine einfache Chipforschung, sondern verwendet hauptsächlich FPGA-Modus, um Produkte in anderen Branchen zu entwerfen. Durch Programmierung können FPGA-Anwender ihr Anwendungsszenario jederzeit ändern. Es kann verschiedene parallele Operationen von CPU, GPU und anderer Hardware simulieren. Durch die Hochgeschwindigkeitsschnittstellenverbindung mit der Zielhardware kann FPGA die geringe Betriebseffizienz der Zielhardware vervollständigen, um Beschleunigung auf Systemebene zu realisieren.

Der Systemdesigner kann die Logikblöcke im FPGA über editierbare Verbindungen nach Bedarf anschließen, wie ein Leiterplatte wird in einem Chip platziert. Der Logikblock und die Verbindung eines fertigen FPGA können je nach Konstrukteur geändert werden, damit der FPGA die erforderlichen Logikfunktionen erfüllen kann.

Im Allgemeinen ist FPGA langsamer als ASIC (application specific integrated chip), der komplexe Konstruktion nicht abschließen kann, aber der Stromverbrauch ist niedrig. Aber sie haben auch viele Vorteile, wie schnelle Fertigprodukte, können modifiziert werden, um Fehler im Programm und günstigere Kosten zu korrigieren. Hersteller können auch billige, aber schlecht editierbare FPGAs anbieten. Da diese Chips eine schlechte editierbare Fähigkeit haben, wird die Entwicklung dieser Designs auf einem gewöhnlichen FPGA abgeschlossen, und dann wird das Design auf einen Chip übertragen, der ASIC ähnelt.

Warum FPGA verwenden?

Heutzutage befindet sich Moores Gesetz der Universalprozessoren (CPUs) in der Dämmerung, während die Skala von maschinellem Lernen und Web-Services exponentiell wächst. Menschen verwenden kundenspezifische Hardware, um gängige Rechenaufgaben zu beschleunigen, aber die sich schnell verändernde Industrie erfordert, dass diese kundenspezifische Hardware neu programmiert werden kann, um neue Arten von Rechenaufgaben auszuführen.

FPGA wird seit vielen Jahren als Kleinserienersatz für Spezialchips (ASIC) eingesetzt. In den letzten Jahren wurde es jedoch in großem Umfang in den Rechenzentren von Microsoft, Baidu und anderen Unternehmen eingesetzt, um gleichzeitig leistungsstarke Rechenleistung und ausreichende Flexibilität zu bieten.

Warum ist FPGA dann so schnell? Dies liegt an der Folie der Kollegen.

CPU und GPU gehören zur von Neumann Struktur, Instruktionsdekodierung und -ausführung und Shared Memory. FPGA ist eine Architektur ohne Anweisungen und gemeinsamen Speicher, was die Energieeffizienz von FPGA-Chips deutlich höher macht als die von CPU und sogar GPU.

In Fengs Struktur, da die Ausführungseinheit (wie CPU-Kern) jede Anweisung ausführen kann, muss es Befehlsspeicher, Decoder, arithmetische Einheit verschiedener Anweisungen und Branch Jump Verarbeitungslogik geben. Da die Steuerungslogik des Befehlsflusses komplex ist, ist es unmöglich, zu viele unabhängige Befehlsflüsse zu haben. Daher verwendet GPU SIMD (single instruction flow multiple data flow), um mehrere Ausführungseinheiten unterschiedliche Daten im gleichen Tempo verarbeiten zu lassen, und die CPU unterstützt auch SIMD-Anweisungen.

Die Funktion jeder Logikeinheit des FPGA wurde während der Neuprogrammierung (Brennen) bestimmt und es sind keine Anweisungen erforderlich.

Wenn GPU zur Beschleunigung verwendet wird, um die Rechenleistung der GPU voll auszuschöpfen, kann die Batchgröße nicht zu klein sein, und die Verzögerung beträgt bis zu Millisekunden. Bei der Verwendung von FPGA zum Beschleunigen ist nur eine Mikrosekundenverzögerung erforderlich.

Warum ist dann die Verzögerung von FPGA so viel geringer als die von GPU? Das ist im Wesentlichen ein architektonischer Unterschied.

FPGA hat sowohl Pipeline-Parallelität als auch Datenparallelität, während GPU fast nur Datenparallelität hat (Pipeline-Tiefe ist begrenzt).

Was sind die Eigenschaften von FPGA?

Angenommen, FPGA erscheint als semi-kundenspezifische Schaltung im Bereich anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC). Es löst nicht nur die Mängel benutzerdefinierter Schaltungen, sondern überwindet auch die Mängel der begrenzten Anzahl von Gate-Schaltungen der ursprünglichen programmierbaren Geräte.

Verglichen mit ASIC-Chip ist eine wichtige Eigenschaft von FPGA seine programmierbare Eigenschaft, das heißt, Benutzer können FPGA spezifizieren, um eine bestimmte digitale Schaltung durch Programm zu realisieren. Darüber hinaus ist FPGA-Chip eine der besten Optionen für Kleinseriensysteme, um die Systemintegration und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Grundlegende interne Struktur des FPGA

Große FPGA-Hersteller

1. Xilinx, die Entwicklungsplattform ist ISE

2. Altera, die Entwicklungsplattform ist Quartus II

3. Actel, die Entwicklungsplattform ist libero

4. Gitter, Software Plattform Gitter strahlend

5. Atmel

6. Xilinx, Softwareplattform Vitis

7. Intel Altera, Softwareplattform Quartus II

Softphone Plattform, Softphone 8

9. Mikrochip

Das Systemschema der FPGA-Entwicklungsplatine zur Realisierung von Motor- und Steuerungselektronik auf Basis von MCU, kundenspezifischem ASIC und sperrigem Kabelbaum wurde in der Nähe seiner technischen und Anwendungsgrenzen entwickelt, und die Automobilindustrie steht vor neuen Designherausforderungen.

Konstrukteure von Automobilelektronik können ihre Fähigkeit zur Bewältigung mehrerer Fehler deutlich verbessern, indem sie FPGA-Technologie mit erweitertem Temperaturbereich einsetzen. Obwohl viele Komponentenlieferanten präventive Konstruktionstechniken und begrenzte Methoden verwenden, um Umweltauswirkungen zu simulieren und zu simulieren, haben einige FPGA-Architekturen immer noch inhärente Vorteile, wenn sie einem erweiterten Temperaturbereich standhalten.

Extreme Umgebungen führen oft zu Fehlermodi im Zusammenhang mit FPGA-Montage und -Verpackung, unabhängig vom Gerät selbst. Daher ist es sehr wichtig, Spezifikationsraum auf allen Ebenen der Automobilelektronik zu reservieren. Die Produkte von FPGA-Lieferanten wie Xilinx und Actel haben einen breiten militärischen Temperaturbereich, der den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung besser definieren und den Einfluss der thermischen Belastung vermeiden kann.

IPCB ist ein Hersteller von Leiterplattenmontagen aus einer Hand. Wir bieten FPGA PCB Herstellung und FPGA PCB Montage Dienstleistungen