FPGAs sind weit über die ursprüngliche Kernstruktur hinausgegangen, die aus Logik und Flops besteht und von Allzweck-I/O umgeben ist. Die Struktur wurde mit eingebettetem Speicher, DSP-Blöcken und KI-Prozessoren aufgerüstet, die alle über ein Netzwerk auf dem Chip verbunden sind. Zusätzlich zu einer verbesserten Fabric verfügen FPGAs jetzt über Multi-Core-Prozessoren.
Der I/O-Ring wurde außerdem mit einer Reihe von Hard-IP-Blöcken und Hochgeschwindigkeits-SerDes aufgerüstet, um mehrere Schnittstellen wie Gigabit-Ethernet, PCIe, DRR-Speicher usw. zu unterstützen. Das moderne FPGA von heute ist zu einem programmierbaren SoC mit komplexen Taktanforderungen geworden.
FPGAs stellen eine komplexe Taktungsumgebung dar
Mit zunehmender Funktionalität von FPGAs ist auch die Komplexität der Taktanforderungen gewachsen. Aus diesem Grund haben FPGA-Anbieter mehrere integrierte PLLs und Taktverwaltungsfunktionen hinzugefügt. Dieser Funktionszuwachs spiegelt sich in einem Anstieg der benötigten Taktquellen wider:
- Mehrere Referenztakte für die eingebetteten PLLs
- Referenztakte pro I/O-Bank
- Uhren für Benutzerlogik
- Verschiedene unterstützende Taktquellen für Funktionen wie Echtzeituhren, Konfigurationscontroller usw.
Für SRAM-basierte FPGAs ist möglicherweise zusätzliche externe Logik erforderlich, um die Konfiguration zu steuern. Oft wird eine kleine CPU plus Flash-Speicher verwendet, die eine eigene Taktquelle benötigt.
Diese FPGAs und die unterstützende Konfigurationslogik sind nicht isoliert auf einer Platine vorhanden. Beispielsweise können High-End-CPUs in Verbindung mit dem FPGA gefunden werden, wobei der FPGA als Hardwarebeschleuniger für die CPU fungiert. Auf der Platine befinden sich häufig weitere Geräte wie Transceiver, DRAM und andere ASSPs. Alle diese Geräte haben ihre eigenen Taktungsanforderungen und bilden zusammen eine komplexe Taktungsumgebung. Designer benötigen einen Lieferanten, der eine Reihe von Taktungslösungen liefern kann, von Oszillatoren bis hin zu Taktmanagementgeräten.
FPGAs sind allgegenwärtig
FPGAs sind ein Nischenprodukt, das überall eingesetzt wird, von Set-Top-Boxen bis hin zu GPS-gesteuerter Munition, vom Meeresboden bis zum Weltraum – überall dort, wo eine maßgeschneiderte Lösung benötigt wird. Ein benutzerdefinierter ASIC wäre jedoch (aus NRE-Sicht) kostenintensiv oder nicht in der Lage, die Markteinführungsanforderungen zu erfüllen. Folglich benötigen FPGA-Designer einen Lieferanten, dessen Produktlinie eine Reihe von Umgebungen unterstützt, von den harmlosen Bedingungen eines Büros bis hin zu rauen Umgebungen mit großen Temperaturbereichen, hohen Vibrationen und hohem Druck.
