FPGA là một thiết bị công nghệ cao mang lại nhiều lợi ích cho nhiều loại thiết bị điện tử khác nhau. Từ máy bay điều hướng, siêu âm y tế đến công cụ tìm kiếm dữ liệu, FPGA được sử dụng rộng rãi để phát triển và sử dụng công nghệ hàng ngày.
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu FPGA là gì và nó được sử dụng để làm gì. Hãy cùng khám phá ngay sau đây nhé!
FPGA là gì?
FPGA là từ viết tắt của Field Programmable Gate Array, một thiết bị bán dẫn dựa trên ma trận các Configurable Logic Blocks (CLB). Điều này có nghĩa là phần lớn chức năng điện bên trong thiết bị có thể được thay đổi bởi kỹ sư thiết kế.
FPGA được xác định bởi mảng các mạch con kỹ thuật số kết nối với nhau, thực hiện các chức năng chung và đồng thời cung cấp mức độ linh hoạt cao. FPGA thuộc loại thiết bị được gọi là logic khả trình (hoặc phần cứng có thể lập trình). FPGA không tự thực hiện bất cứ điều gì; thay vào đó, nó có thể được cấu hình để trở thành bất kỳ mạch kỹ thuật số nào cần thiết. Vậy cách hoạt động của FPGA là gì?
FPGA hoạt động như thế nào?
Cách hoạt động của FPGA rất đơn giản. Bạn chỉ cần tải một cấu hình vào FPGA, sau đó nó sẽ bắt đầu hoạt động như một mạch nào đó theo yêu cầu của bạn. Cấu hình này dựa trên bộ nhớ RAM của FPGA, giúp nó có thể được cấu hình lại vô số lần.
Các loại FPGA
Có hai cách chính để phân loại FPGA: theo cách sắp xếp các khối bên trong và theo loại công nghệ lập trình. Khi nói đến cách sắp xếp, FPGA thuộc một trong ba loại sau:
1. Mảng đối xứng: Mô hình này được tạo thành từ hàng và cột của các khối logic được kết nối với nhau, với các khối đầu vào/đầu ra bao quanh.
2. Kiến trúc dựa trên hàng: Mô hình này xen kẽ các hàng khối logic và tài nguyên kết nối có thể lập trình được, với các khối đầu vào/đầu ra dọc theo các cạnh.
3. PLD (thiết bị logic có thể lập trình) phân cấp: Những thiết bị này có cấu trúc phức tạp hơn. Cấp cao nhất của nó được tạo thành từ các khối logic và kết nối với nhau. Mỗi khối logic chứa các mô-đun logic với các phần tử chức năng tổ hợp và tuần tự.
Ứng dụng phổ biến của FPGA
Có vô số cách sử dụng FPGA trong một loạt các lĩnh vực khác nhau, bao gồm:
- Tiền xử lý video và hình ảnh.
- Các ứng dụng trong lĩnh vực quân sự.
- Radio do phần mềm xác định.
- Tạo hình ảnh y khoa.
- Giao tiếp có dây và không dây.
- Tích hợp nhiều thiết bị logic có thể lập trình đơn giản.
- Nhận dạng giọng nói.
- Mật mã học.
- Xử lý tín hiệu số.
- Tạo mẫu ASIC.
- Bộ điều khiển thiết bị.
- Hệ thống giả lập phần cứng máy tính.
- Tin sinh học (Bioinformatics).
- Tính toán hiệu suất cao.
- Hàng không vũ trụ và quốc phòng.
- Tạo mẫu ASIC.
- Ứng dụng trong ô tô.
- Phát sóng điện tử tiêu dùng.
- Trung tâm dữ liệu y tế.
- Công cụ khoa học và công nghiệp.
Lợi ích của việc sử dụng FPGA
FPGA mang lại nhiều lợi ích hơn so với các phương pháp triển khai thông thường.
| Lợi ích | Chi tiết |
|---|---|
| Tích hợp | Việc tích hợp nhiều chức năng trong FPGA (bao gồm bộ xử lý, bộ thu phát I/O với tốc độ 28Gbps trở lên, RAM block, công cụ DSP) giúp giảm số lượng thiết bị trên bo mạch, từ đó tăng độ tin cậy vì khả năng xảy ra lỗi do hỏng hóc thiết bị giảm đi. |
| Độ linh hoạt | Chức năng của FPGA có thể thay đổi sau mỗi lần khởi động thiết bị. Điều này có nghĩa là nếu bạn muốn thay đổi, bạn chỉ cần tải file cấu hình mới vào FPGA và thực hiện thay đổi đó. |
| Khả năng tăng tốc | FPGA có thể được đưa ra thị trường một cách nhanh chóng. Nhờ tính linh hoạt của nó, các nhà sản xuất thiết bị gốc có thể triển khai hệ thống ngay sau khi thiết kế được chứng minh là hoạt động tốt và đã được thử nghiệm. |
| Tính sẵn có về lâu dài | Việc sử dụng FPGA cho phép bạn độc lập với các nhà sản xuất thành phần, vì chức năng không nằm trong mô-đun mà nằm trong cấu hình FPGA. Khả năng lập trình này có thể được thực hiện mà không cần điều chỉnh trên các FPGA khác nhau. |
HEFC sẽ luôn cập nhật những bài viết hữu ích như thế này. Đừng quên ghé thăm hefc.edu.vn để cập nhật thông tin mới nhất nhé!
