FőoldalKonstruktőrTrendek az FPGA-alapú, programozható logikai rendszerek fejlesztésében
2011. május 13., péntek ::

Trendek az FPGA-alapú, programozható logikai rendszerek fejlesztésében

A programozható logikai rendszereknél uralkodó trendet jelenleg az FPGA1 szolgáltatóvállalatok félvezető-ipari átlagot meghaladó növekedési képessége határozza meg, amely trend a következő évekre nézve várhatóan továbbra is fennmarad. Az ASSP2-ket (alkalmazás-specifikus standard logikai termékeket) fejlesztő vállalatok a magas K+F-költségek miatt nem képesek az FPGA-alapú rendszerekkel összemérhető termékféleséggel megjelenni a piacokon, hiszen nagy a kockázata annak, hogy az esetleg alacsony értékesítési darabszám okán befektetésük sosem térül meg. Az FPGA-kba ágyazott szellemi megoldások (IP3-ak) implementálásával - történjen bár az belső fejlesztés vagy külső partner által nyújtott szolgáltatás keretében - jó alternatívát lehet kínálni az ASSP-alapú megoldásokra, amely segítő kezet nyújthat a mikroprocesszorok és digitális jelfeldolgozók kiváltásában...

E koncepció mentén haladva, például egy Altera Quartus II fejlesztőkörnyezetben végzett FPGA-fejlesztéssel gyorsan munkára foghatók a Nios II, ARM- és MIPS-alapú, valamint a közelmúltban bejelentett, konfigurálható Intel Atom processzorok, amelyek az új, Qsys nevű, rendszerszintű integrációs eszközzel, FPGA IP-könyvtárakkal és az új ARM Cortex-A9 MPCore és MIPS Technologies MIPS32 beágyazott processzorokkal komplett rendszerekké fejleszthetők. E beágyazott rendszereknek az ipari, orvosi és távközlési piacokon egyaránt lehet felvevőköre. Példának okáért az orvosi alkalmazások esetében a legtöbb rendszer vezérlésére mikroprocesszort, FPGA-kat és DSP4-eket pedig renderelésre (reprezentálásra, láthatóvá/hallhatóvá tételre) használnak. A távközlési iparág tekintetében a csomagfeldolgozást végző vagy hálózati processzoros alkalmazások szintén mikroprocesszorokra épülnek, amelyeket esetenként gyorsítók támogatnak, és ezek FPGA-alapú megoldásként rendkívül hatékonyak. Végül, de nem utolsósorban, a számítástechnikai rendszereknél az FPGA-kkal kombinált mikroprocesszorok egyebek mellett a számítási felhőkben teljesíthetnek kiváló szolgálatot.
A kommunikációs rendszereknél maradva elmondható, hogy az új, vezeték nélküli infrastruktúra-rendszerek telepítésekor mindig jelentkeznek újfajta kihívások, a vezeték nélküli távközlési szabványok közötti generációváltáskor például a rádiós alrendszerek beágyazott intelligenciája miatt vadonatúj megoldásokra van szükség. Ehhez jönnek hozzá az új frekvenciák és nagyobb adatsebesség támasztotta követelmények, amelyek végeredményben a gerinchálózat fejlesztését követelik meg. A valószínű haladási irányt ezen a szakterületen a szoftverrádiók (SDR5-ek) alkalmazása jelenti, amelyek mikroprocesszorok, ASIC6-ek és DSP-k kombinációjából állnak. A koncepció egyik eredeti célja az volt, hogy a kifejlesztett rendszer tartalmazza az ASIC-ben implementáltan az algoritmusokat. Az SDR nagy előnye ebben, hogy vele ezek a titkosító algoritmusok kényelmesen cserélhetőek, frissíthetőek. A programozható logikai áramkörök (beleértve az alacsony energiafelhasználású változatokat is) előnyei hosszú távon is megmutatkoznak a kommunikációs rendszerekben, leginkább a biztonságos információcserére, titkosításra és visszafejtésre irányuló, fokozott igények miatt.
Az Altera két, általános szakterületen fejleszt nagy erőkkel. Mindenekelőtt hatékony támogatást nyújt annak érdekében, hogy a fejlesztő ügyfeleik az FPGA-ikkal perifériákat és különböző, gyorsítófunkciókat ellátó, egyedi áramköröket realizáljanak. Ez nagy előny olyan környezeti feltételek esetén, amelyek mellett egyre kevesebb standard termék áll rendelkezésre azok magas fejlesztési költségei miatt. Másodszor, az Altera 40 és 28 nm csíkszélességű gyártástechnológiával előállított, high-end FPGA-i utat nyitnak a "system-on-a-chip" fejlesztési koncepciók megvalósulása előtt, amely lehetőséget biztosít komplett mikroprocesszorok funkcióként történő beágyazására egy-egy FPGA-ba. A 28 nm-es FPGA alkatrészeket a távközlési, katonai, tesztelési stb. alkalmazásokban felhasználó tervezők mindenkor feszegetik a technika korlátait, és szükségük van azokra a lehetőségekre, amelyeket a 40 nm-es gyártástechnológiás eszközök nem képesek nyújtani (pl. az adóvevők száma, DSP blokkok, nyers teljesítmény, kapusűrűség stb. tekintetében). A 40 nm-es alkatrészek helyzete a piacon igen stabil és megalapozott, és az Altera várakozásai szerint a 28 nm-es eszközökkel ez a forgatókönyv megismétlődik, hiszen a vállalat ráfordítási idők, teljesítmény, funkciókészlet és adatátviteli sebesség tekintetében továbbra is lendülben van a vezető FPGA-szolgáltató szerepében.
Az Altera legújabb FPGA-generációja a mainstream ASIC és ASSP eszközökhöz képest generációkkal előrébb jár gyártástechnológiai tekintetben, és költséghatékony alternatívaként lehet rá tekinteni. Továbbá tudvalevő az is, hogy egy-egy új gyártástechnológiai generáció megjelenésekor a tervezési költségek nőnek, amely további előnyhöz juttatja a programozható eszközöket. Mivel az egyedi igényekre könnyen szabható, programozható áramköri terméket sokfelé lehet differencálni és ezzel sokfelé eladni, ez serkentő hatással lesz az újabb gyártástechnológiával készülő alkatrészek elterjedésére, ráadásul csökkenhet a rendszerek ára amellett, hogy funkciógazdagabbá és nagyobb teljesítményűvé, ezzel pedig piacszerte elterjedtebbé válnak. A Moore-törvény egy ideje már jó barátja a programozható eszközöknek nemcsak műszaki, hanem gazdasági szempontokból is, az Alteránál pedig meggyőződésként kezelik, hogy ez a jövőben is így lesz.
Az Altera jövőképe a következő három évre vonatkozóan az egyes alkalmazási területek szerint lebontva az alábbiak szerint alakul.

  • Távközlés:
    • a komplex és nagy sávszélességű rendszerek növelik a high-end FPGA-k iránti keresletet,
    • bővülési lehetőségek a nagy sávszélesség-igényű videós átjátszós, számítási felhős alkalmazásokban,
    • bővülési lehetőségek a nagy mobil sávszélességű távközlési rendszerek gerinchálózataiban.
  • Vezeték nélküli rendszerek:
    • bővülési lehetőségek Kína és India 3G távközlési szolgálatásának felfutásában,
    • bővülési lehetőségek az LTE7 hálózatépítés japáni és észak-amerikai felfutásában,
    • a rendszerek növekedő komplexitásával a nagy kapusűrűségű FPGA-k kereslete is bővülhet.
  • Katonai alkalmazások:
    • ultra high-end FPGA-s megoldások pl. radar- és egyéb, elektronikus hadviseléshez kötődő rendszerekhez.
    • Ipari automatizálás:
    • bővülési lehetőségek az FPGA-s, ethernetalapú, gyári kommunikációs rendszerek terjedésével,
    • bővülési lehetőségek a videós megfigyelés terjedésével.
  • Jármű-elektronika:
    • bővülési lehetőségek az ASIC-es, mikrokontrolleres alkalmazások FPGA-alapúvá átalakulása okán,
    • bővülési lehetőségek a járműrendszerek elektronikai hányada növekedésének köszönhetően.
  • Hálózati, számítástechnikai és storage-rendszerek:
    • bővülési lehetőségek a szerveres alkalmazások fejlődése okán,
    • bővülési lehetőségek a nagyvállalati rendszerek költségérzékenyebbé válása miatt
  • Egyéb:
    • mérsékelt növekedés a szórakoztatóelektronikai, tesztelési és orvoselektronikai piacokon,
    • FPGA-piacbővülés a nagy felbontású tartalmakhoz kötődően.

További információ:
www.altera.com
www.farnell.com/hu

1: FPGA: Field-Programmable Gate Array
2: ASSP: Application-Specific Standard Product
3: IP: Intellectual Propery
4: Digital Signal Processor
5: Software-Defined Radio
6: Application-Specific Integrated Circuit
7: Long-Term Evolution

Kovács Péter

Az Elektronet magazin főszerkesztője...

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Rendezvények / Kiállítások

Mostanában nincsenek események
Nincs megjeleníthető esemény