FPGAs haben sich weit über die ursprüngliche Kernstruktur aus Logik und Flops, umgeben von allgemeinen I/O-Funktionen, hinaus entwickelt. Die Struktur wurde mit eingebettetem Speicher, DSP-Blöcken und künstliche Intelligenz -Prozessoren aufgerüstet, die alle über ein Netzwerk auf dem Chip verbunden sind. Zusätzlich zur aufgerüsteten Struktur verfügen FPGAs jetzt über Mehrkernprozessoren.
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 ein programmierbares SoC mit komplexen Taktanforderungen geworden.
FPGAs stellen eine komplexe Taktumgebung dar
Mit der zunehmenden Funktionalität von FPGAs ist auch die Komplexität der Taktanforderungen gestiegen. Daher haben FPGA-Anbieter mehrere integrierte PLLs und Taktgeber hinzugefügt. Diese Funktionserweiterung spiegelt sich in einer Zunahme der benötigten Taktgeber wider:
- Mehrere Taktgeber für die eingebetteten PLLs
- Taktgeber pro I/O-Bank
- Taktgeber für Benutzerlogik
- Verschiedene unterstützende Taktgeber für Funktionen wie Taktgeber, Konfigurationscontroller usw.
Für SRAM-basierte FPGAs kann zusätzliche externe Logik erforderlich sein, um die Konfiguration zu steuern. Oft wird eine kleine CPU plus Flash-Speicher verwendet, der eine eigene Taktgeber benötigt.
Diese FPGAs und die unterstützende Konfigurationslogik sind nicht isoliert auf einer Platine vorhanden. So können beispielsweise höherwertige CPUs in Verbindung mit dem FPGA gefunden werden, wobei das FPGA als Hardwarebeschleuniger für die CPU fungiert. Oft sind auf der Platine auch andere Bausteine wie Transceiver, DRAM und andere ASSPs zu finden. Alle diese Bausteine haben ihre eigenen Taktanforderungen und bilden zusammen eine komplexe Taktumgebung. Entwickler benötigen einen Lieferanten, der eine Reihe von Taktlösungen von Oszillatoren bis Bausteine zu Taktgeber liefern kann.
FPGAs sind allgegenwärtig
FPGAs sind ein Nischenprodukt, das überall zum Einsatz kommt, von Set-Top-Boxen bis zu GPS-gesteuerter Munition, vom Meeresboden bis zum Weltraum – überall, wo eine kundenspezifische Lösung benötigt wird. Ein kundenspezifischer ASIC wäre jedoch (aus NRE-Sicht) zu teuer oder könnte die Anforderungen an die Markteinführungszeit nicht erfüllen. Daher benötigen FPGA-Designer einen Lieferanten, dessen Produktlinie eine Reihe von Umgebungen unterstützt, von den milden Bedingungen eines Büros bis hin zu rauen Umgebungen mit großen Temperaturbereichen, hohen Vibrationen und hohem Druck.
