FPGA

FPGA

FPGA ou field-programmable gate array (ou ainda matriz de portas programáveis) é um dispositivo lógico programável que suporta a implementação de circuitos digitais.

A estrutura geral de uma FPGA está ilustrada na Figura 1, onde os três componentes básicos de um FPGA se fazem presentes: os retângulos representam blocos de entrada e saída, os quadrados brancos representam blocos lógicos e os azuis Switches.

Sem título

Hoje já são comuns blocos de memória, DSP e até mesmo um processador ARM na arquitetura de FPGAs.

Os blocos lógicos são arranjados em uma matriz bidimensional, e os fios de interconexão são organizados como canais de roteamento horizontais e verticais entre as linhas e colunas do bloco lógico. Os canais de roteamento contém fios e switches programáveis que permitem que os blocos lógicos se conectem de várias formas diferentes.

Cada bloco lógico em FPGA tipicamente tem um pequeno número de entradas e saídas, um dos blocos lógicos normalmente se chama LookUp Table(LUT) que contém células de armazenamento que são usadas para implementar uma pequena função lógica. Cada célula é capaz de guardar um valor lógico, 0 ou 1. O valor guardado é produzido como saída da célula de armazenamento. LUTs de vários tamanhos podem ser criadas, onde o tamanho é definido pelo número de entradas.

Resumidamente são diversas funções lógicas, memória, DSP, blocos de Entradas e Saídas, que podem se conectar de diversas formas diferentes para representar um hardware descrito em uma linguagem de descrição de hardware (HDL) ou em um diagrama de blocos.

O arquivo de entrada, seja ele HDL ou diagrama de blocos é sintetizado por uma ferramenta normalmente fornecida pelo fabricante do FPGA e é gerado um arquivo binário com a configuração de hardware que aquele FPGA deve adotar.

FPGA na indústria

FPGA é utilizado em diversos setores da industria, está presente em setores onde desempenho, paralelismo e tempo real são cruciais. Por se tratar de hardware, é possível realizar uma instrução por ciclo de clock! Você pode ter, por exemplo, N cálculos rodando em paralelo e entregando o resultado no mesmo pulso de clock. Algo completamente impossível para um software realizar.

Para citar alguns mercados em que FPGA é forte:

  •     Setor elétrico, para processamento digital de sinal em tempo real;
  •     Setor de telecom, em switches e roteadores de alto desempenho;
  •     Setor de multimédia, para processamento de imagens em tempo real e alto desempenho;
  •     Setor militar;
  •     Setor automotivo, dentre outros.

Basicamente sempre que alto processamento, paralelismo e tempo real forem necessários, a utilização de um FPGA deve ser considerada. Segundo a pesquisa realizada pela UMB 31% dos projetos dos seus leitores que participaram da pesquisa utilizam FPGA em seu produto.

Fabricantes de FPGA

Hoje as duas principais empresas fabricantes de FPGA são a Altera e a Xilinx, segundo a mesma pesquisa da UMB 64% dos projetos utilizam Xilinx enquanto 42% utilizam Altera. A terceira colocada é a Lattice com 10% de uso em projetos dos que realizaram a pesquisa.

Lembrando que o resultado pode passar de 100% pois alguém que participa da pesquisa pode trabalhar em projetos diferentes com vendedores de FPGA diferentes ou até mesmo diferentes FPGA em um mesmo projeto.

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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LAURIANO ELMIRO DUARTE
21/05/2018 15:43

ótima materia, indica fontes de consultas e projetos para estudarmos ?
abraços

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22/03/2015 22:55

[…] FPGA [7];  […]

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15/10/2014 09:46

[…] um processador descrito em linguagem de hardware, que pode ser customizado e sintetizado em um FPGA [6] ou ASIC. Uma vantagem evidente no uso de softcores está na flexibilidade pois possibilita a fácil […]

trackback
25/09/2014 01:12

[…] [10] FPGA  […]

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21/07/2014 00:07

[…] movimento Maker parece ter chegado para o público de FPGA, com o Papilio é possível unir o melhor do mundo Arduino com um […]

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16/07/2014 00:24

[…] Leia mais sobre a arquitetura deste tipo de dispositivo aqui. […]

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18/06/2014 17:47

[…] mencionado no artigo sobre arquitetura de FPGA, agora dentro do FPGA, além de DSP, blocos de memória e LUTS, também temos um processador ARM. A […]

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14/05/2014 10:17

[...] atender a demanda de treinamentos em Tecnologia FPGA estão abertas turmas junto ao Centro Oficial de Treinamento Altera na América do Sul, a Macnica [...]

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