fpga اف پی جی ای

: موضوع تولیدی FPGAبررسی و مقایسه تراشه های

دو برند XILINX و ALTERA

:تهیه و تنظیمعلی شاکر اردکانی

:استاد راهنما

جناب آقای دکتر پور احمدی

95پاییز

بررسی کلیاتتولیدات

منابعنتیجه گیریمقایسه مقدمه 3 22|

مقدمه - بررسی تولیدات دو شرک<ت از نظر ساختار فنی -

مقایسه محصوالت -نتیجه گیری -

منابع -

منابعنتیجه گیریمقایسهکلیات مقدمه 4 22|

مقدمهFPGA خوب بسیار دیجیتال الکترونیک زمینه در و شده صنعت وارد اخیر سالهای در که تکنولوژیهاییسیت از یکی

. میشود استفاده مخابراتی های پروژه خصوصا صنعتی مهم های پروژه از بسیاری در امروز و است شده ظاهرFPGA ازField Programmable Logic Gate Array . سرعت است پذیر برنامه قابل گیتی آرایه معنی به و شده گرفته

در منطقی توابع ) FPGAاجرای . تقریبا میزان به هم آن بودن پذیر برنامه قابلیت است ثانیه نانو حد در و باال بسیار ها. است( کرده بدل دیجیتال دنیای در قطعات ترین کاربردی از یکی به را تکنولوژی ،این نامحدود

بررسی تولیدات

منابعنتیجه گیریمقایسهکلیات بررسی مقدمهتولیدات



انواع ساخت و حوزه این در فعالیت مشغول بزرگی های . FPGAکمپانی شرکتهای میباشند عمده XILINXو ALTERها . های تراشه بررسی ، محصوالت و برندها زیاد تنوع به توجه با بنابراین هستند محصول این کنندگان تولید ترین

. شرکت دو که آنجا از میباشد سی آی روی بر طرح یک اصولی سازی پیاده الزمه مختلف و ALTERAشرکتهایXILINX است این بر قصد مقاله این در دارند اختیار در را ایران داخلی بازار آن تبع به و جهانی بازارهای عمده سهم

یک انتخاب به نسبت تری جامع دید تا شده مقایسه یکدیگر با مختلف های جنبه از مذکور شرکت دو تولیدات که. شود ) ( حاصل کاربرد نوع به توجه با تراشه



فنی ساختار نظر از شرکت دو تولیدات بررسیهر اصلی جزء :FPGAسه

منطقی 1- ((Logic Blockبلوکهای(Integration Resourceاتصاالت ) 2-خروجی ) 3- و وروی (I/O Blockبلوکهای



گیت یک حد در ساده خیلی میتواند منطقی بلوکهای محتویات و چند NANDساختار نظیر پیچیده خیلی یا یا MUXوLOOK-UP TABLE . ریزی برنامه قابل سوئیچهای از قطعات این کردن متصل برای باشد فالپ فلیپ یک همراه به

. ) تراشه) مساحت کل بر اتصالی منابع همچنین و منطقی بلوک یک معماری ضمن در میشود استفاده بار چند یا یک. دارد اثر تراشه سرعت و

یک انتخاب :FPGAعواملگیت 1- تعدادکاری 2- فرکانسپایه 3- تعدادقیمت 4-



ساختار کردن ریزی برنامه برای که اصلی تکنولوژی :FPGAسه از است عبارت میشود استفادهموقت- )1 ی حافظه سلولهای از (SRAMاستفاداز- 2 ANTI-FUSEاستفاده

شناور- )3 گیت از (EEPROM – EPROMاستفاده



SRAM: . یا روشن کنترل برای موقت حافظه سلول یک از اول روش در میشود استفاده گونه دو به حافظه سلولهای از

ترانزیستور یک بودن . CMOSخاموش به حافظه سلول های خروجی اتصال با دوم روش در میشود استفادهمتصل خروجی به پلکسر مالتی ورودی خطهای از یک کدام که میکنند مشخص پلکسر، مالتی یک انتخاب ورودیهای

میشود.شود . نوشته حافظه سلولهای محتوای مجددا سیستم، برق قطع بار هر با باید که میبرد رنج ضعف یک از روش این

دائمی حافظه یک که دارد این به نیاز کار این کنار EEPROMکه در مغناطیسی دیسک یک یا شود . FPGAو گذاشته (. عمل بخواند آن روی از را خودش اطالعات ، شدن روشن موقع بار هر (FPGAشدن BOOTتا

. مهمترین حال عین در ولی میدهد اختصاص خود به حافظه سلول که است زیادی حجم روش این دیگر مشکل . شرکت میباشد مدار داخل در حتی آن مجدد ریزی برنامه قابل ریزی XILINXمزیت برنامه برای تکنولوژی این از

FPGA. میکند استفاده خود ساخت های



ANTI – FUSE: ANTI-FUSE . قطع عادی حالت در لذا است باز اتصال عادی حالت در معمولی فیوز برعکس که است فیوز نوعی

. شود داده عبور آن ترمینال سر دو از زیادی نسبتا جریان یک که شود می وصل هنگامی و استFPGA المانهای از که دیگر انواع به نسبت را بیشتری گیتی چگالی میکنند استفاده فیوز آنتی قابلیت از که هایی

. از استفاده عمده مزیت میدهند قرار طراح اختیار در میکنند استفاده فرکانس ANTI-FUSEحافظه بودن باال ها . یک وقتی و ندارد مجدد ریزی برنامه قابلیت که است آن روش این اصلی عیب میباشد آنها برنامه ANTI-FUSEکاری

. نمیگردد بر قطع حالت به دیگر شد ریزی



EEPROM – EPROM

تکنولو ژی سطح MOSدر اعمال با که میکنند عمل سوئیچی عنوان به خود گیتشان LOWیا HIGHترانزیستورها به . گیت یک داراری که میشود استفاده ترانزیستوری روش این در شد سوئیچها این شدن وصل و قطع باعث میتوان

. در فعلی حالت بردن بین از برای است در EPROMشناور و بنفش ماوراء اشعه الکتریکی EEPROMاز جریان از . شرکت میشود . ALTERAاستفاده مانند روش این مزیت میکرد استفاده خود تولید اولیه سریهای در روش این از

. که است ذکر به الزم است مجدد ریزی برنامه قابل موقت حافظه از استفاده و EPROMروش مدار خارج درEEPROM. میباشند دارا را مجدد ریزی برنامه قابلیت مدار درداخل



( شناور (EEPROMگیتدو شده اند، Gateاین جدا هم از نماید گذر معمولی صورت به آن میان از نمی تواند جریان که اکسید الیه یک توسط

حالت در ترانزیستور حالت این .Offدر می نماید( ( ذخیره را صفر عدد فقط و دارد قراراتصال بین اگر اتصال Wordlineحاال و می شود محسوب حافظه ردیفی الگوی همان ستونی Bitlineکه الگوی که

ورودی مدخل از سرعت به الکترون ها شود، اعمال مثبت بار با ولتاژی می باشد مدخل Sourceحافظه سوی بهسازمان دهی Drainخروجی طوری یافته جریان الکترون های این از مقداری حال همین در و می شوند کشیده

دو بین اکسید الیه در که که ) Gateمی شوند بمانند زدن جا در و جنبش حال در همچنان و افتاده دام به ثانویه و اولیه .) عدد حقیقت در می گردند شناورذخیره گیت در ترتیب این به الکترون ها وقتی می نامند تونل ایجاد را پدیده 1این

. . گردد قطع الکتریکی جریان اگر حتی بمانند، همان جا در زمان بی نهایت تا می توانند ذخیره ها این است شده ذخیره



: منطقی بلوکهای معماریاصلی دسته دو

کوچک -1 یا ساده بلوكهایحجیم -2 یا بزرگ بلوکهای

کوچک منطقی بلوکهای . میسر سادگی به بلوکها این از کامل استفاده هستند ترانزیستور چند حد تا اندازه لحاظ از منطقی بلوکهای این . گونه این در اتصاالت باالی حجم بلوکها گونه این اصلی عیب است آسان آنها مدار کردن سنتز همچنین و fpgaاست

. نوع این این بنابر میباشد به FPGAها نسبت کمتری سرعت و چگالی از اصوال منطقی FPGAها بلوکهای از که هایی. باشند می برخوردار میکنند استفاده بزگ

بزرگ منطقی بلوکهای . برای داخلی فالپ فلیپ دارای معموال میباشد دارا قبلی حالت به نسبت را بزرگتری توابع سازی پیاده قابلیت

. علت به دارد وجود نیز فالپ فلیپ نوع تعین قابلیت بلوکها انواع این از بعضی در که هستند ترتیبی مدارات ساختو میشود کمتر بلوکها بین اتصاالت حجم کرد، سازی پیاده میتوان بلوکها این روی بر را مدار از زیادی حجم اینکه

. عمده شرکتهای بیشتر حاضر حال در میباشد کوچکتر بلوکهای به نسبت بلوکها نوع این عمده مزایای از یکی همین.ALTERAو Xilinxنظیر FPGAسازنده میکنند استفاده بلوکها نوع این از



در شده استفاده منطقی شرکت FPGAبلوکهای ساخت Xilinxهای

ی<ک در منطق<ی بلوکهای قرارگیری نحوه و کل<ی شرک<ت FPGAس<اختار آن XILINXس<اخت از ک<ه اس<ت س<اختاری شبی<ه . در شده اس<تفاده منطق<ی بلوکهای اص<لی جزء اس<ت شده برده نام متقارن دوبعدی عنوان ساخت FPGAتح<ت های

. LUT(LOOKUP TABLE)ی<ک XILINXشرک<ت ی<ک توان LUTاس<ت ب<ه دو ب<ا حافظ<ه ی<ک که nنی<ز اس<ت تعداد nخان<ه.FPGAورودیهای است



شرکت توسط شده استفاده منطقی ALTERAبلوکهاک

.FPGAدر ALTERAشرکت است کرده استفاده روش دو از خود ساخت هایعنوان تح<ت ک<ه اول روش قدیم<ی PLDدر س<اختار همان میشون<د شناخت<ه مراتب<ی س<لسله بهبود PLDهای کمی ب<ا ه<ا

. س<ری در روش ای<ن میخورد چش<م . MAXب<ه س<ری ک<ه دوم روش در اس<ت شده از FLEXاس<تفاده است رفت<ه کار ب<هLUT. است شده استفاده

جدیدت<ر کارخان<ه FPGAس<ری س<اخت عنوان ALTERAهای . FLEXتح<ت س<ری در میشود تکنولوژی FLEXشناخت<ه ازCMOS شده استفاده موق<ت حافظ<ه س<لولهای از ریزی برنام<ه قاب<ل قس<متهای س<اخت برای و اس<ت شده اس<تفاده

باشد. می منطقی بلوک عنوان به ورودی چهار جستجوی جدول دارای همچنین سری این است



محصوالت مقایسهمهندس<ین از بس<یاری ه عقی<د ب<ه ، باشی<م داشت<ه شرک<ت دو ای<ن بی<ن ای مقایس<ه بخواهی<م قیمت FPGAاگ<ر ارزان های

ب<ه ALTERAتر قیم<ت FPGAنس<بت ارزان . XILINXهای توابع در دیگ<ر برخ<ی عقیده ب<ه ک<ه درحال<ی دارند بهتری عملکردهای تراشه ،قدرت سی آی روی بر شده پیاده ریاضی و از XILINXمحاسباتی .ALTERAبیشتر است

محص<والت بیشت<ر فراوان<ی عل<ت ب<ه ایران های XILINXدر تراشه قیم<ت مورد در ابهامات<ی شای<د رقی<ب، ب<ه نس<بتALTERA های تراش<ه اندک<ی میزان ب<ه شای<د اینک<ه ب<ا و آی<د وجود باید XILINXب<ه حقیق<ت در ول<ی شون<د، تمام ت<ر ارزان

قطعه ) ( ی<ک رابرای تمرک<ز میتوان و بوده اغماض قاب<ل معموال پارامتره<ا دیگ<ر برابر در تفاوت ای<ن ک<ه ش<د متذک<ر. قرارداد نظر مد پارامترها دیگر روی



XILINX: مختل<ف های خانواده بررس<ی ب<ه بخواهی<م اگ<ر گروه XILINXاکنون از نظ<ر ص<رف ب<ا بیشتر SPARTANبپردازی<م، ک<ه

) ( در را شرکت ای<ن تولیدات میتوان میرود، کار ب<ه س<نگین های پروژ<ه برای ن<ه و دانشگاه<ی و آموزش<ی موارد برایاص<لی گروه . ARTIX،KINTEX،VIRTEXس<ه با گروه س<ه ه<ر شده مشخ<ص نی<ز شک<ل در ک<ه همانطور کرد بندی تقس<یم

. 28nتکنولوژ<ی فق<ط ام<ا میشوند تولی<د تکنولوژ<ی VIRTEXو KINTEXمت<ر تنه<ا 20nب<ا بی<ن ای<ن از تکنولوژی VIRTEXو ب<ا16n . عنوان با آخر مجموعه دو از که میشود . ULTRASCALEتولید میشود یاد



. یک ب<ا میکند شایان<ی کم<ک هزین<ه و س<رعت توان، عام<ل س<ه ب<ه تکنولوژ<ی بیشت<ر چ<ه ه<ر پیشرف<ت ک<ه طبیعیس<ت. میشود اثبات راحتی به مذکور گفته گروه سه این قابلیتهای بین ساده مقایسه



ALTERA خانواده در بندی تقسیم چنین :ALTERAهمچنین میرساند زیر نتایج به را ما



محصوالت مقایسهدسته طبق<ه س<ه در را آنه<ا کننده تولی<د ک<ه داده پوش<ش را کاربرده<ا انواع برای وس<یعی طی<ف نی<ز شرکت ای<ن واق<ع در

: میکند بندی( CYCLONEدوگروه گروه ) و گروه زی<ر پن<ج شام<ل خود مصارف MAXک<ه دارای ک<ه داد، ج<ا پایی<ن طبق<ه در میتوان را

. خود ک<ه اس<ت گفتن<ی هس<تند آموزش<ی و ص<نعتی به ) ALTERAغی<ر گروه همی<ن از ای<ش حرف<ه آموزش<ی بردهای برای. CYCLON Vخص<وص های ( س<ی آ<ی شام<ل وس<ط طبق<ه میکند انتخاب س<ی . ARRIAآ<ی این میباشد های<ش گروه زی<ر و

. میباشد مناسب بسیا ای حرفه نیمه های پروژه برای نیز گروهخانواده از گروه آخری<ن . STRATIXمجموع<ه ALTERAدر فعالیتهای مختص گروه ای<ن دارند قرار زیرگروه<ش ش<ش و

. عنوان به آ<ن از ک<ه گروه ای<ن عض<و جدیدتری<ن باشند م<ی کننده مص<رف نیازهای پاس<خگوی کامال و بوده ای حرف<همیشود تعبی<ر شرک<ت تکنولوژ<ی STRATIX10افتخار . 14nب<ا تولیدات که شوم یادآور اس<ت الزم لحظه XILINXمیباشد ت<ا

از بهتر تکنولوژی با سی آی تولید توانایی مقاله این .16nmنگارش است نداشته را



: گیری نتیجهصورت ) ...( به شرکت دو محصوالت بین را یک به یک تناظر سه میتوان و داخلی قیمت،منابع نظر هر از مجموع در

: گرفت نظر در زیر

ARTIX ازX برابر Aاز CYCLONدر

KINTEX ازX برابر Aاز ARRIAدر

VERTIX ازX برابر Aاز STRATIXدر

مقایسه سیستم از تر،استفاده تخصصی و بهتر مقایسه .ALTERAبرای باشد مفید میتواند نیز://http . . / - / _ .www altera com cgi bin device compare pl

http://www.altera.com/cgi-bin/device_compare.pl

http://www.altera.com/cgi-bin/device_compare.pl



. واقع در کرد فرض برابر تقریبا قیمت دید از را کمپانی دو هر از متناظر های خانواده میتوان کلی گیری نتیجه یک در ) ( بی تکنولوژی به توجه با حاضر حال در قیمت تفاوت اندک از نظر صرف با ای حرفه کامال پروژه یک در

خانواده ALTERAشرکت 14nmنظیر ،STRATIX10. کرد معرفی میدان این برنده عنوان به میتوان را



منابع xilinx.com

altera.com

ebay.com

newegg.com

fpga-faq.com

با تشکر از همراهی شما ...

از همراهی شما ...تشکربا

fpga اف پی جی ای

Science