Field Programmable Gate Array: differenze tra le versioni

Versione delle 17:34, 31 ott 2018

Versione attuale delle 07:45, 2 ott 2024

(50 versioni intermedie di 25 utenti non mostrate)

Riga 1:

[[File:Altera Flex EPF10K20 20000 cell FPGA.jpg|thumb|FPGA contenente 20.000 [[porta logica|porte logiche]]]]

Un '''Field Programmable Gate Array''' (solitamente abbreviato in '''FPGA'''), in [[elettronica digitale]], indicaè un [[dispositivo logico programmabile]] ovvero genericamente un [[dispositivo (informatica)|dispositivo]] [[hardware]] elettronico

formato da un [[circuito integrato]] le cui funzionalità logiche di elaborazione sono appositamente [[programmazione (informatica)|programmabili]] viae modificabili tramite opportuni [[linguaggio di descrizione hardware|linguaggi di descrizione dell'[[hardware]].

==Storia ==

{{Vedi anche|Programmable Logic Device}}

Andamento negli anni del numero di porte logiche presenti su circuiti FPGA:

I componenti FPGA sono stati introdotti nella seconda metà degli [[anni '80]] come terza generazione di PLD ([[Programmable Logic Device]]), sviluppati presso i laboratori della [[Harris Semiconductor]]. Ulteriori sviluppi vennero realizzati con le [[Read Only Memory]], delle memorie [[CMOS]] e delle tecnologie [[antifuse]] che vennero tutte implementate in tali dispositivi.

A partire dalla seconda metà degli [[anni '80]], dopo i primi modelli prodotti da [[Altera]] e la realizzazione dell'XC2064 di [[Xilinx]] e l'implementazione della [[SRAM]] su larga scala negli [[anni '90]], l’industria del settore ha avuto una forte espansione, grazie anche ai continui progressi tecnologici nel settore dei [[semiconduttori]], raggiungendo nel 2005 una quota di mercato vicina ai 2 miliardi di dollari.

* 1982: 8192 porte logiche; Burroughs Advances Systems Group; processore S-Type 24 bit per I/O riprogrammabili.

* 1987: 9,000 porte logiche, Xilinx

* 1992: 600 000 porte logiche, Naval Surface Warfare Department

* 2000-2010: Milioni.

== Caratteristiche ==

Dimensione del mercato:

=== Tipologia ===

Esistono diversi tipi di FPGA, che comprendono sia dispositivi programmabili una sola volta, sia dispositivi riprogrammabili un grande numero di volte. I primi, detti [[Programmable Read Only Memory|OTP]] (''One Time Programmable''), sono costituiti da componenti il cui stato di funzionamento cambia in modo permanente, permettendo di mantenere la configurazione allo spegnimento del dispositivo. Alla seconda categoria appartengono i dispostividispositivi basati su tecnologia [[SRAM]] (''Static Random Access Memory''), i quali devono essere riprogrammati ad ogni accensione, avendo una memoria di configurazione volatile.

I circuiti FPGA sono elementi che presentano caratteristiche intermedie rispetto ai dispositivi [[Application specific integrated circuit|ASIC]] (''Application Specific Integrated Circuit'') da un lato e a quelli con architettura [[Programmable Array Logic|PAL]] (''Programmable Array Logic'') dall'altro. L'uso di componenti FPGA comporta alcuni vantaggi rispetto agli ASIC: si tratta infatti di dispositivi standard la cui funzionalità da implementare non viene impostata dal produttore, il quale può quindi produrre su larga scala a basso prezzo. La loro genericità li rende adatti a un gran numero di applicazioni comein ambito ''consumer'', comunicazioni, ''automotive'' eccetera. Essi sono programmati direttamente dall'utente finale, consentendo la diminuzione dei tempi di progettazione, di verifica mediante simulazioni e di prova sul campo dell'applicazione. Il grande vantaggio rispetto agli ASIC è che permettono di apportare eventuali modifiche o correggere errori semplicemente riprogrammando il dispositivo in qualsiasi momento. Per questo motivo sono utilizzati ampiamente nelle fasi di [[prototipizzazione]], in quanto eventuali errori possono essere risolti semplicemente riconfigurando il dispositivo. L'ambiente di progettazione è anche più ''[[user-friendly]]'' e di relativamente facile apprendimento. Di contro, per applicazioni su grandi numeri sono antieconomici, perché il prezzo unitario del dispositivo è superiore a quello degli ASIC (i quali hanno spesso, però, più elevati costi di progettazione).

* 1985: Il primo dispositivo FPGA in commercio è stato XC2064 di Xilinx.

* 1987: 14 000 000 $

* ~1993: >385 000 000 $

* 2005: 1.9 miliardi di dollari.<ref name="instat">Dylan McGrath, EE Times, ''[http://www.eetimes.com/news/design/business/showArticle.jhtml?articleID=188102617 FPGA Market to Pass $2.7 Billion by '10, In-Stat Says]''. May 24, 2006. Retrieved February 5, 2009.</ref>

* 2010: 2.75 miliardi.<ref name="instat"/>

* 2020: si stima un mercato di 8.5 miliardi di dollari.

==Descrizione==

Esistono diversi tipi di FPGA, che comprendono sia dispositivi programmabili una sola volta, sia dispositivi riprogrammabili un grande numero di volte. I primi, detti [[Programmable Read Only Memory|OTP]] (''One Time Programmable''), sono costituiti da componenti il cui stato di funzionamento cambia in modo permanente, permettendo di mantenere la configurazione allo spegnimento del dispositivo. Alla seconda categoria appartengono i dispostivi basati su tecnologia [[SRAM]] (''Static Random Access Memory''), i quali devono essere riprogrammati ad ogni accensione, avendo una memoria di configurazione volatile.

Il costo di tali dispositivi è oggi in rapida diminuzione: ciò li rende sempre di più una valida alternativa alla tecnologia [[standard cell]]. Usualmente vengono programmati con linguaggi come il [[Verilog]] o il [[VHDL]], ma non bisogna dimenticare la modalità "''schematic-entry''", che consente un approccio veloce e semplificato a tale tecnologia pur essendo di pari potenzialità. Molte case costruttrici (ad esempio [[Xilinx]] e [[Altera]]) forniscono gratuitamente sistemi di sviluppo che supportano quasi tutta la loro gamma di prodotti.

I circuiti FPGA sono elementi che presentano caratteristiche intermedie rispetto ai dispositivi [[Application specific integrated circuit|ASIC]] (''Application Specific Integrated Circuit'') da un lato e a quelli con architettura [[Programmable Array Logic|PAL]] (''Programmable Array Logic'') dall'altro. L'uso di componenti FPGA comporta alcuni vantaggi rispetto agli ASIC: si tratta infatti di dispositivi standard la cui funzionalità da implementare non viene impostata dal produttore, il quale può quindi produrre su larga scala a basso prezzo. La loro genericità li rende adatti a un gran numero di applicazioni come ''consumer'', comunicazioni, ''automotive'' eccetera. Essi sono programmati direttamente dall'utente finale, consentendo la diminuzione dei tempi di progettazione, di verifica mediante simulazioni e di prova sul campo dell'applicazione. Il grande vantaggio rispetto agli ASIC è che permettono di apportare eventuali modifiche o correggere errori semplicemente riprogrammando il dispositivo in qualsiasi momento. Per questo motivo sono utilizzati ampiamente nelle fasi di [[prototipizzazione]], in quanto eventuali errori possono essere risolti semplicemente riconfigurando il dispositivo. L'ambiente di progettazione è anche più ''[[user-friendly]]'' e di relativamente facile apprendimento. Di contro, per applicazioni su grandi numeri sono antieconomici, perché il prezzo unitario del dispositivo è superiore a quello degli ASIC (i quali hanno spesso, però, più elevati costi di progettazione).

Grazie alla versatilità di questi processori si stanno allargando i campi di utilizzo in diversi settori per i quali queste schede inizialmente non erano state progettate: ad esempio per l'attività di mining delle criptovalute, un campo inizialmente combattuto solo dai processori ASIC e dalle GPU.

Il costo di tali dispositivi è oggi in rapida diminuzione: ciò li rende sempre di più una valida alternativa alla tecnologia [[standard cell]]. Usualmente vengono programmati con linguaggi come il [[Verilog]] o il [[VHDL]], ma non bisogna dimenticare la modalità "''schematic-entry''", che consente un approccio veloce e semplificato a tale tecnologia pur essendo di pari potenzialità. Molte case costruttrici (ad esempio [[Xilinx]] e [[Altera]]) forniscono gratuitamente sistemi di sviluppo che supportano quasi tutta la loro gamma di prodotti.

===PrincipaliLe principali tecnologie===

* [[SRAM]] - Tecnologia basata su tecnologia a memoria statica [[CMOS]], in uso. Le SRAM-FPGA sono programmabili e riprogrammabili molte volte, e richiedono l'utilizzo di dispositivi esterni per essere configurate.

* [[Antifusibile]] - Circuiti programmabili una sola volta (''One-time programmable''); CMOS.

Line 35 ⟶ 27:

* [[Memoria flash|Flash]] - Tecnologia EPROM basata su memoria flash, si tratta di dispositivi che possono essere riprogrammati. Solitamente una cella di memoria flash è più piccola di una equivalente cella EEPROM, ed è anche meno costosa da fabbricare. CMOS.

* [[Fusibile]] - Circuiti programmabili una sola volta; bipolare; obsoleta.

===Principali produttori===

[[Xilinx]] e [[Altera]] sono (2014) i due maggiori fabbricatori di FPGA.<ref>{{Cita web |nome=John |cognome=Edwards |sito=EDN |url=http://www.edn.com/article/CA6339519.html |titolo=No room for Second Place: Xilinx and Altera slug it out for supremacy in the changing PLD market |data=1º giugno 2006 |accesso=11 maggio 2012 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://archive.is/20120728124831/http://www.edn.com/article/CA6339519.html |dataarchivio=28 luglio 2012 }}</ref> Le due aziende sono rivali "storiche", e insieme controllano oltre l'80% del mercato.<ref>{{Cita web|sito=Seeking Alpha|url=http://seekingalpha.com/article/85478-altera-and-xilinx-report-the-battle-continues|titolo= Altera and Xilinx Report: The Battle Continues|data=17 luglio 2008|anno=2008|accesso=13 novembre 2013}}</ref>

Sia Xilinx sia Altera forniscono il relativo software di sviluppo per [[Microsoft Windows|Windows]] e [[Linux]], in versioni gratuite o a pagamento, e con licenza [[Software proprietario|proprietaria]]<ref>{{Cita web|nome=Xilinx Inc.|sito=Xilinx.com|url=http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/end-user-license-agreement.txt|titolo=End User License Agreement|accesso=15 ottobre 2015|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20151017142617/http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/end-user-license-agreement.txt|dataarchivio=17 ottobre 2015}}</ref><ref>

{{Cita web|nome=Altera Corporation|sito=dl.Altera.com|url=http://dl.altera.com/eula/|titolo=Altera Software License Agreements|accesso=15 ottobre 2015}}</ref>. Questo software consente l'implementazione della logica nel dispositivo e rende possibile la gestione delle singole risorse.<ref>{{Cita web|titolo=Xilinx ISE WebPACK|url=http://www.xilinx.com/ise/logic_design_prod/webpack.htm|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070624212612/http://www.xilinx.com/ise/logic_design_prod/webpack.htm|dataarchivio=24 giugno 2007}}</ref><ref>{{Cita web|titolo=Quartus II Web edition software|url=https://www.altera.com/support/software/download/altera_design/quartus_we/dnl-quartus_we.jsp|accesso=1 gennaio 2014|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20071203074531/https://www.altera.com/support/software/download/altera_design/quartus_we/dnl-quartus_we.jsp|dataarchivio=3 dicembre 2007|urlmorto=sì}}</ref> Tra gli altri produttori vi sono [[Lattice Semiconductor]] (dispositivi SRAM con memorie flash integrate) [[Actel]] (ora [[Microsemi]], produce dispositivi antifuse), [[SiliconBlue Technologies]], [[Achronix]],<ref>{{Cita web|titolo=Achronix to use Intel's 22&nbsp;nm manufacturing|url=http://newsroom.intel.com/community/intel_newsroom/blog/2010/11/01/chip-shot-achronix-to-use-intel-s-22nm-manufacturing}}</ref> e [[QuickLogic]]. Nel marzo 2010, [[Tabula (azienda)|Tabula]] annuncia l'introduzione della propria tecnologia basata su logica time-multiplexed.<ref>{{Cita web |titolo=Tabula's Time Machine - Micro Processor Report |url=http://www.tabula.com/news/M11_Tabula_Reprint.pdf |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20110410094902/http://www.tabula.com/news/M11_Tabula_Reprint.pdf |dataarchivio=10 aprile 2011 }}</ref>

==Struttura==

Line 61 ⟶ 48:

== Utilizzo ==

Tali dispositivi consentono la realizzazione di [[Funzione booleana|funzioni logiche]] anche molto complesse, e sono caratterizzati da un'elevata [[scalabilità]]. Questo tipo di tecnologia ha assunto un ruolo sempre più importante nell'elettronica industriale così come nella [[ricerca scientifica]]. Grazie al continuo progredire delle tecniche di miniaturizzazione, le capacità di tali dispositivi sono aumentate enormemente nel corso di due soli decenni, durante i quali si è passati da poche migliaia di [[Porta logica|porte logiche]] a qualche milione di porte logiche per singolo dispositivo FPGA.

== Dati sulla diffusione==

=== Cronologia dell'incremento sull'utilizzo ===

Andamento negli anni del numero di porte logiche presenti su circuiti FPGA:

* 1982: 8192 porte logiche; Burroughs Advances Systems Group; processore S-Type 24 bit per I/O riprogrammabili.

* 1987: 9,000 porte logiche, Xilinx

* 1992: 600 000 porte logiche, Naval Surface Warfare Department

* 2000-2010: Milioni.

* 2019: 10.2 milioni (Intel Stratix GX 10M)

Dimensione del mercato:

* 1985: Il primo dispositivo FPGA in commercio è stato XC2064 di Xilinx.

* 1987: 14 000 000 $

* ~1993: >385 000 000 $

* 2005: 1.9 miliardi di dollari.<ref name="instat">Dylan McGrath, EE Times, ''[http://www.eetimes.com/news/design/business/showArticle.jhtml?articleID=188102617 FPGA Market to Pass $2.7 Billion by '10, In-Stat Says] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110615022908/http://www.eetimes.com/news/design/business/showArticle.jhtml?articleID=188102617 |data=15 giugno 2011 }}''. May 24, 2006. Retrieved February 5, 2009.</ref>

* 2010: 2.75 miliardi.<ref name="instat"/>

* 2020: si stima un mercato di 8.5 miliardi di dollari.

===Principali I principali produttori ===

[[Xilinx]] e [[Altera]] sonoal (2014) erano i due maggiori fabbricatori di FPGA.<ref>{{Cita web |nome=John |cognome=Edwards |sito=EDN |url=http://www.edn.com/article/CA6339519.html |titolo=No room for Second Place: Xilinx and Altera slug it out for supremacy in the changing PLD market |data=1º giugno 2006 |accesso=11 maggio 2012 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://archive.is/20120728124831/http://www.edn.com/article/CA6339519.html |dataarchivio=28 luglio 2012 }}</ref> Le due aziende sono rivali "storiche", e insieme controllano oltre l'80% del mercato.<ref>{{Cita web|sito=Seeking Alpha|url=http://seekingalpha.com/article/85478-altera-and-xilinx-report-the-battle-continues|titolo= Altera and Xilinx Report: The Battle Continues|data=17 luglio 2008|anno=2008|accesso=13 novembre 2013}}</ref>

Sia Xilinx sia Altera forniscono il relativo software di sviluppo per [[Microsoft Windows|Windows]] e [[Linux]], in versioni gratuite o a pagamento, e con licenza [[Software proprietario|proprietaria]]<ref>{{Cita web|nome=Xilinx Inc.|sito=Xilinx.com|url=http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/end-user-license-agreement.txt|titolo=End User License Agreement|accesso=15 ottobre 2015|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20151017142617/http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/end-user-license-agreement.txt|dataarchivio=17 ottobre 2015}}</ref><ref>

{{Cita web|nome=Altera Corporation|sito=dl.Altera.com|url=http://dl.altera.com/eula/|titolo=Altera Software License Agreements|accesso=15 ottobre 2015}}</ref>. Questo software consente l'implementazione della logica nel dispositivo e rende possibile la gestione delle singole risorse.<ref>{{Cita web|titolo=Xilinx ISE WebPACK|url=http://www.xilinx.com/ise/logic_design_prod/webpack.htm|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070624212612/http://www.xilinx.com/ise/logic_design_prod/webpack.htm|dataarchivio=24 giugno 2007}}</ref><ref>{{Cita web|titolo=Quartus II Web edition software|url=https://www.altera.com/support/software/download/altera_design/quartus_we/dnl-quartus_we.jsp|accesso=1º gennaio 2014|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20071203074531/https://www.altera.com/support/software/download/altera_design/quartus_we/dnl-quartus_we.jsp|dataarchivio=3 dicembre 2007|urlmorto=sì}}</ref> Tra gli altri produttori vi sono [[Lattice Semiconductor]] (dispositivi SRAM con memorie flash integrate) [[Actel]] (ora [[Microsemi]], produce dispositivi antifuse), [[SiliconBlue Technologies]], [[Achronix]],<ref>{{Cita web|titolo=Achronix to use Intel's 22&nbsp;nm manufacturing|url=httphttps://newsroom.intel.com/community/intel_newsroom/blog/2010/11/01/chip-shot-achronix-to-use-intel-s-22nm-manufacturing}}</ref> e [[QuickLogic]]. Nel marzo 2010, [[Tabula (azienda)|Tabula]] annuncia l'introduzione della propria tecnologia basata su logica time-multiplexed.<ref>{{Cita web |titolo=Tabula's Time Machine - Micro Processor Report |url=http://www.tabula.com/news/M11_Tabula_Reprint.pdf |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20110410094902/http://www.tabula.com/news/M11_Tabula_Reprint.pdf |dataarchivio=10 aprile 2011 }}</ref>

==Note==

Line 70 ⟶ 81:

== Voci correlate ==

* [[Altera]]

* [[Antifusibile]]

* [[Gate array]]

* [[Handel-C]] - linguaggio che si basa sul C, progettato per i FPGA

* [[Linguaggio di descrizione hardware]]

* [[Programmable logicLogic deviceArray]]

* [[Programmable Logic Device]]

* [[Programmable Read Only Memory]]

* [[SRAM]]

* [[Verilog]]

* [[VHDL]]

* [[Xilinx]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto|preposizione=sul|wikt=FPGA|wikt_etichetta=FPGA}}

== Collegamenti esterni ==

* {{Collegamenti esterni}}

* {{cita web|http://electro-logic.blogspot.it/p/indice-articoli.html|Articoli sulle FPGA}}

* {{FOLDOC|2=field-programmable gate array}}

* {{cita web|httphttps://electro-logic.blogspot.it/p/indice-articoli.html|Articoli sulle FPGA}}

* [https://www.youtube.com/watch?v=keAftEcTZKA ''ASIC e FPGA - Le differenze che contano davvero'']'', YouTube''

* {{cita web|1=http://rcs.uncc.edu/|2=University of North Carolina at Charlotte's Reconfigurable Computing Laboratory|lingua=en|accesso=1º gennaio 2014|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130820024712/http://rcs.uncc.edu/|dataarchivio=20 agosto 2013|urlmorto=sì}}

* {{cita web|http://www.eecg.toronto.edu/~vaughn/challenge/fpga_arch.html|Vaughn Betz's FPGA Architecture Page|lingua=en}}

* {{cita web|1=http://www.fpgacenter.com/|2=Tutorials and Examples on FPGAs|lingua=en|accesso=1 gennaio 2014|dataarchivio=5 gennaio 2014|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140105120901/http://fpgacenter.com/|urlmorto=sì}}

{{Logica programmabile}}

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|informatica|elettronica}}