FPGAs de SoC y FPGAs Intel®

FPGA o la matriz de puertas programables en el campo es un circuito integrado de semiconductores en el que la funcionalidad eléctrica se personaliza para acelerar las cargas de trabajo clave.

Una FPGA es un CI semiconductor en el que la mayor parte de la funcionalidad eléctrica del dispositivo puede modificarse, ya sea por un ingeniero de diseño, durante el proceso de ensamblaje de la PCB o incluso después de que se haya enviado el equipo a los clientes en el "campo".

Los dispositivos SoC FPGA integran las arquitecturas de procesador y FPGA en un único dispositivo.

Si se combinan la funcionalidad de gestión de alto nivel de los procesadores y las operaciones rigurosas en tiempo real, el procesamiento extremo de datos y las funciones de interfaz de una FPGA (Field Programmable Gate Array) en un único dispositivo, se obtiene una plataforma informática integrada aún más potente.

En consecuencia, proporcionan una mayor integración, menor potencia, menor tamaño de placa y mayor ancho de banda de comunicación entre el procesador y la FPGA. También incluyen un amplio conjunto de periféricos, memoria en el chip, una matriz lógica tipo FPGA y transceptores de alta velocidad.

Flexibilidad

La funcionalidad de una FPGA puede cambiar en cada encendido del dispositivo.

Aceleración

Consiga que los productos salgan al mercado más rápidamente o aumente el desempeño de su sistema.

Integración

Las FPGAs actuales incluyen procesadores en el propio chip, transceptores de E/S a 28 Gbps (o más rápidos), bloques de RAM, motores DSP y mucho más.

Costo total de propiedad (TCO)

Si bien los ASIC pueden costar menos por unidad que una FPGA equivalente, su construcción requiere un gasto no recurrente (NRE), costosas herramientas de software, equipos de diseño especializados y largos ciclos de fabricación.

Los procesadores de las SoC FPGAs pueden ser “duros” o “blandos”. Los procesadores duros se implementan en la lógica de silicio fija de la SoC FPGA de forma similar a los transceptores en serie. Sin embargo, en las SoC FPGAs, el procesador está rodeado de lógica programable que se puede utilizar para funciones personalizadas o específicas de la aplicación. Los procesadores duros ofrecen un mayor desempeño de la CPU que los procesadores blandos, según factores como la arquitectura del procesador, la velocidad de reloj y la tecnología del proceso. Como su nombre indica, los conjuntos de características de los procesadores duros son fijos y suelen ofrecerse solo como una variación de una SoC FPGA específica. El número y el tipo de procesadores duros dentro de una SoC FPGA también se fijan en función de esa SoC FPGA en particular. Altera® ofrece procesadores duros en las familias de FPGA de sistema integrado en chip Intel® Stratix® 10, FPGA de sistema integrado en chip Intel® Arria® 10, FPGA de sistema integrado en chip Intel® Arria® V y FPGA de sistema integrado en chip Cyclone® V.

Los procesadores blandos, como el Nios® II, se implementan en lógica programable, utilizan recursos en el chip como elementos lógicos, multiplicadores y memoria, y pueden instanciarse en casi cualquier familia de FPGA. El desempeño y el costo de un procesador blando dependen principalmente de la FPGA en la que se instala el procesador, pero el desempeño y el costo suelen ser inferiores en comparación con los procesadores duros. La cantidad de procesadores blandos que se pueden instanciar en un mismo dispositivo está limitado únicamente por sus recursos (es decir, su lógica y su memoria). Las FPGAs de alta densidad, por ejemplo, pueden contener cientos de procesadores blandos. Asimismo, se pueden implementar diferentes tipos de procesadores blandos: de 16 o 32 bits, de desempeño optimizado, de área lógica optimizada, etc. Puede optar por migrar sus diseños de procesadores blandos a implementaciones de procesadores duros cuando pase a matrices de puertas lógicas o diseños basados en celdas. Uno o más procesadores blandos también pueden utilizarse en la parte de la FPGA de una SoC FPGA.

Hay muchas formas de utilizar las FPGAs en un sistema integrado. Los usos típicos son:

• Expansión de periféricos y E/S: Agregue los periféricos que faltan en su procesador actual, como controladores de LCD o de memoria, o aumente el número de canales de E/S de su sistema añadiendo puertos Ethernet, de E/S de propósito general (GPIO) o UART.
• Coprocesamiento: Aumente el desempeño del sistema trasladando los algoritmos de cálculo intensivo del software que se ejecuta en un procesador al hardware de la FPGA. Las aplicaciones de procesamiento de señales, imágenes y paquetes logran una mejora de desempeño de órdenes de magnitud si se ejecutan en hardware en lugar de en software.
• Controlador integrado personalizado: Usted decide qué (y cuántos) procesadores, periféricos, interfaces, canales de acceso directo a memoria (DMA) y memorias quiere incluir en su controlador integrado personalizado.
• Multiprocesador: Acelere el desarrollo de su software, mejore la fiabilidad del código y aumente la capacidad de mantenimiento distribuyendo las tareas entre varias CPU. Puede diseñar un sistema multiprocesador como un sistema personalizado dentro de una sola FPGA o para aumentar una CPU externa o un procesador de señales digitales.