Arquitectura Xilinx FPGA

FPGA, que significa array de puertas programables en campo, se puede utilizar para resolver cualquier problema computable. Es un circuito integrado que puede ser personalizado después de la fabricación por un cliente o un diseñador. Para ser más específicos, los FPGA (Field Programmable Gate Arrays) son dispositivos semiconductores que consisten en una array de CLB o bloques lógicos personalizables vinculados por interconexiones programables.  

Aquí, en este artículo, discutiremos los FPGA, también conocidos como arreglos de puertas programables de campo, su trabajo y arquitectura. Esta publicación también le presentará a Xilinx. Xilinx es considerada una empresa líder en este campo. ofrece soluciones integrales que incluyen dispositivos FPGA, software potente y núcleos IP configurables y listos para usar para el mercado y una variedad de aplicaciones.

Los FPGA de Xilinx son bien conocidos por ejecutar un sistema operativo integrado estándar, como Linux o VxWorks. E implementando periféricos de procesador en lógica programable. Las familias de FPGA Virtex-II Pro, Virtex-4, Virtex-5 y Virtex-6, que tienen hasta dos núcleos IBM PowerPC integrados, están especialmente diseñadas para diseñadores de sistemas en chip (SoC).

Arquitectura FPGA 

Los FPGA de Xilinx son sistemas de computación híbridos con Block RAM , estructura programable, DSP Slices y compatibilidad con PCI Express. Solo porque se puede acceder a todos estos recursos informáticos al mismo tiempo, permiten la escalabilidad y la canalización de aplicaciones en toda la plataforma. SD Accel es una utilidad de Xilinx que permite que los programas OpenCL apunten y habiliten estos recursos computacionales.

Componentes: La estructura básica de los FPGA está formada por los siguientes componentes:

1. Una tabla de consulta o LUT: este componente es responsable de realizar operaciones lógicas.
2. Flip-Flop: El resultado de la LUT se almacena en este elemento de registro.
3. Alambres: Son los elementos que conectan los elementos.
4. Pads de E/S: estos puertos físicos permiten que los datos entren y salgan de la FPGA.

Aquí, la arquitectura básica de FPGA se muestra en la siguiente imagen, que es el resultado de integrar estas piezas.

Las características principales de la estructura FPGA moderna se combinan con bloques de almacenamiento de datos y computacionales adicionales para mejorar la densidad y eficiencia computacional del dispositivo. Aquí, se dan algunos puntos adicionales a continuación para comprender mejor el concepto.

1. Memorias integradas para el almacenamiento de datos distribuidos
2. PLL o bucles de bloqueo de fase para impulsar la estructura FPGA a diferentes velocidades de reloj
3. Transceptores seriales de alta velocidad
4. Controladores de memoria fuera del chip
5. bloque multiplicar-acumular

Aquí, en el diseño moderno de FPGA, la combinación de estas piezas se muestra en la imagen, lo que permite que FPGA implemente cualquier método de software que se esté ejecutando en un procesador.

Aplicaciones:

Los FPGA son una combinación adecuada para una variedad de mercados debido a su naturaleza funcional y programabilidad. En este campo, Xilinx es considerada la empresa más confiable, que ofrece las soluciones más detalladas y efectivas, incluidos dispositivos FPGA, software configurable y potente, núcleos IP listos para usar para aplicaciones como Aeroespacial, Sistemas automotrices, Broadcast y Pro-AV, Defensa , electrónica de consumo, centros de datos, industriales y aplicaciones relacionadas con el almacenamiento de datos elevados, etc.  

Aquí, hemos tratado de describir algunas de las aplicaciones más comunes para FPGA, que se enumeran a continuación:

1. Automotriz : la plataforma automotriz de Xilinx es esencial para impulsar módulos AD altamente avanzados, que exigen progresivamente un mejor rendimiento y capacidad para permitir el procesamiento de datos, el preprocesamiento, la distribución (DAPD) y la aceleración de la computación a alta velocidad.
2. Creación de prototipos ASIC basados ​​en FPGA: la creación de prototipos ASIC basados ​​en FPGA permite un modelado de sistemas SoC rápido y preciso y una verificación de software integrado. Proporciona FPGA de alto rendimiento para una mejor verificación del diseño. Además, reduzca la cantidad de área de tablero requerida y la complejidad del tablero. Ofrece una solución de E/S versátil para permitir la creación de un único dispositivo. Y proporcionar depuración avanzada, aceleración de simulación y ajustes de diseño interactivo
3. Aeroespacial y defensa: Xilinx ofrece soluciones comerciales, de defensa y de grado espacial a nivel de sistema para las industrias aeroespacial y de defensa, incluidos dispositivos FPGA, SoC y ACAP líderes en la industria, soluciones IP sofisticadas y la próxima generación de herramientas de diseño.
4. Médico: Las familias Virtex FPGA y Spartan® FPGA se pueden utilizar para abordar una variedad de necesidades de procesamiento, visualización e interfaz de E/S en aplicaciones de diagnóstico, monitoreo y terapéuticas.
5. Electrónica de consumo : la solución Xilinx proporciona tecnologías rentables y de bajo consumo que permiten diseños de sistema en chip (SoC), alto ancho de banda y rendimiento para adaptarse a los estándares de interconexión en expansión, así como a las aplicaciones habilitadas para Internet.
6. Broadcast y AV profesional : con las plataformas de diseño centradas en la transmisión y las soluciones para sistemas de transmisión profesional de alta gama, puede adaptarse a los requisitos cambiantes más rápido y extender los ciclos de vida del producto. Las plataformas de Xilinx pueden adaptarse rápidamente a las nuevas tecnologías de audio y video, proporcionar acceso a redes AV sobre IP con códecs con pérdida y sin pérdida según sea necesario e integrar canalizaciones multimedia con los enfoques AI/ML más avanzados en dispositivos rentables.
7. Centro de datos: los FPGA de Xilinx son los mejores para el procesamiento de datos en paralelo masivo. Esta funcionalidad reduce el costo total de propiedad de los dispositivos informáticos perimetrales al tiempo que aumenta el rendimiento al reducir la latencia. Los desarrollos de inteligencia artificial, las cargas de trabajo cada vez más complejas y la disponibilidad de datos no estructurados requieren una rápida evolución del centro de datos. Con computación personalizada, almacenamiento y aceleración de redes, la plataforma Xilinx está permitiendo la evolución.
8. Soluciones informáticas y de almacenamiento de datos: debido a las estructuras de almacenamiento y las rutas de datos personalizables, así como a un potente conjunto de herramientas para desarrolladores, las aplicaciones mejoradas de Xilinx FPGA pueden permitir implementaciones eficientes de hardware y software con la flexibilidad para adaptarse a nuevos requisitos sin sacrificar el rendimiento o la eficiencia energética.
9. Comunicaciones alámbricas e inalámbricas: tanto en las comunicaciones alámbricas como inalámbricas, se emplean chips FPGA. Se utilizan en backplanes en comunicaciones por cable y estaciones base celulares en comunicaciones inalámbricas. Los FPGA ahora se emplean en soluciones de redes y para abordar los requisitos de WiMAX , 5G/6G y HSDPA .
10. Industrial: para una amplia gama de aplicaciones, como imágenes y vigilancia industrial, automatización industrial y Xilinx FPGA y plataformas de diseño enfocadas para Industrial, Scientific y Medical, permite una mayor flexibilidad, un tiempo de comercialización más rápido y una ingeniería no recurrente total más baja. costos
11. Seguridad : desde el control de acceso hasta los sistemas de vigilancia y seguridad, Xilinx tiene soluciones para todas las necesidades cambiantes de las aplicaciones de seguridad.

Los FPGA se utilizan en dispositivos desde hace bastante tiempo; son las soluciones más rentables, con mayor rendimiento y programabilidad, por su productividad están siendo utilizadas en una amplia gama de aplicaciones.

Xilinx está en la cima de esta industria debido a su gran calidad y dispositivos de bajo costo. Xilinx brinda soluciones completas y confiables con respecto a los dispositivos FPGA y la amplia gama de dispositivos que ofrece Xilinx.