Программируемая пользователем вентильная матрица
Программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ, FPGA) — полупроводниковое устройство, с возможностью полной настройки производителям или непосредственно разработчиком после изготовления.
Как уже было сказано выше ППВМ полностью поддаются перепрограммированию, это осуществляется через изменение логики работы принципиальной схемы, посредством языка проектирования типа VHDL, на котором собственно и происходит изменение логики устройства под конкретные нужды. ППВМ представляет собой одну из архитектурных разновидностей программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). ППВМ могут быть изменены практически в любой момент в процессе их использования, что делает их очень универсальными. Это обусловлено архитектурой устройства состоящей из конфигурируемых логических блоков, похожими на переключатели с множеством входов и одним выходом (логические вентили или gates). В цифровых схемах такие переключатели исполняют базовые двоичные операции AND, NAND, OR, NOR и XOR. Во многих современных микропроцессорах функции логических блоков фиксированы и не могут изменяется. Главное отличие ППВМ состоит в том, что и функции блоков, и конфигурация соединений между ними могут изменяться благодаря специальным сигналам, посылаемых схеме. В некоторых специализированных интегральных схемах (ASIC) применяются логические матрицы, аналогичные ППВМ по структуре, однако они настраиваются один раз в процессе производства, в то время как ППВМ могут постоянно модифицироваться и изменять топологию соединений в процессе использования. Для такой гибкости требуется существенного увеличения количества транзисторов микросхемы.
История
Сооснователи Xilinx Росс Фримен и Бернард Вандершмит изобрели первую коммерчески пригодную ППВМ XC2064 в 1985 году. Эта микросхема, имеющая программируемые вентили и программируемые соединения между вентилями, положила начало новой технологии и новому рынку. Через 20 лет за это изобретение Росс Фримен был занесён в Национальный Зал славы изобретателей США.
Сама концепция программируемых вентильных матриц, логических вентилей и логических блоков запатентована Дэвидом Пейджем и Луверном Петерсоном в 1985 году. В 1990-х годах произошёл резкий скачок интереса к ППВМ, возросла их сложность и объёмы производства. Если в начале 1990-х годов ППВМ использовались в основном в области телекоммуникаций и сетей связи, то к концу десятилетия они нашли своё использование в потребительских товарах, в автомобильной промышленности и других отраслях.
Всплеск славы ППВМ произошёл в 1997 году, когда Адриан Томпсон соединил генетические алгоритмы и технологию ППВМ для создания устройства, способного отличать тоны частотой 1 КГц и 10 КГц. Генетические алгоритмы позволили с помощью вентильной матрицы размером 64 х 64 клеток на чипе фирмы Xilinx создать конфигурацию, необходимую для решения поставленной задачи.
ППВМ также широко применяются для систем проверки пригодности, в том числе в докремниевой и послекремниевой проверке пригодности, а также при разработке встроенных программ. Это позволяет компаниям-производителям интегральных схем проверять работоспособность своих устройств до изготовления их на заводе, сокращая время выхода изделия на рынок.
