ما هو FPGA وما هو استخدامه؟

توفر FPGAs فوائد لأنواع مختلفة من المعدات الإلكترونية. من الملاحة الجوية إلى الموجات فوق الصوتية الطبية ومحركات البحث عن البيانات ، يعتمد الناس على FPGAs لتطوير واستخدام التكنولوجيا التي يستخدمونها يوميًا.

توفر هذه المقالة معلومات حول ماهية FPGA وما يتم استخدامه من أجله. إذا كنت مهتمًا بهذه الموضوعات ، فستستمتع بقراءة هذا المقال.

ما هو FPGA؟

FPGA هو اختصار يشير إلى مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية. إنها جهاز أشباه الموصلات استنادًا إلى مصفوفة من الكتل المنطقية القابلة للتكوين (CLBs) حيث يمكن لمهندس التصميم تغيير الغالبية العظمى من الوظائف الكهربائية داخل الجهاز.

متعلق ب: تعرف على كيفية برمجة لوحات Arduino اليوم باستخدام هذه الأوامر

يتم تعريف FPGA من خلال صفيفها من الدوائر الفرعية الرقمية المترابطة التي تنفذ وظائف مشتركة بينما تقدم أيضًا مستويات عالية من المرونة. تنتمي FPGAs إلى فئة من الأجهزة يشار إليها بالمنطق القابل للبرمجة (أو الأجهزة القابلة للبرمجة). FPGA لا تفعل أي شيء من تلقاء نفسها ؛ بدلاً من ذلك ، تم تكوينه ليكون أي دائرة رقمية مطلوبة. فكيف يعمل؟

كيف تعمل FPGA؟

فهم كيفية عمل FPGA واضح ومباشر. يتضمن تحميل التكوين في FPGA والذي يبدأ بعد ذلك في التصرف مثل أي دائرة تحتاجها. لا ضجة ، لا ضغوط. إنه التكوين القائم على ذاكرة الوصول العشوائي يعني أنه يمكن إعادة تكوينه لعدد غير محدود من المرات.

أنواع FPGA

هناك طريقتان رئيسيتان لتصنيف FPGA: من خلال الترتيب الداخلي للكتل أو حسب نوع تكنولوجيا البرمجة الخاصة بهم. تنقسم FPGAs إلى واحدة من ثلاث فئات عندما يتعلق الأمر بترتيبها:

1. المصفوفات المتماثلة: يتكون هذا الترتيب من صفوف وأعمدة من كتل منطقية متصلة ، محاطة بكتل إدخال / إخراج.
2. العمارة القائمة على الصفوف: هذا الترتيب يبدل صفوف الكتل المنطقية وموارد التوصيل البيني القابلة للبرمجة ، مع كتل الإدخال / الإخراج على طول الحواف.
3. PLDs الهرمية (أجهزة منطقية قابلة للبرمجة): هذه لها تخطيط أكثر تعقيدًا. يتكون المستوى الأعلى من كتل منطقية ووصلات. تحتوي الكتل المنطقية على وحدات منطقية تحتوي على عناصر وظيفية اندماجية ومتسلسلة.

الاستخدامات الشائعة لـ FGPA

هناك عدد لا يحصى من الاستخدامات لـ FPGA والتي تغطي مجموعة واسعة من المجالات. تشمل حالات الاستخدام:

1. معالجة الفيديو والتصوير.
2. التطبيقات العسكرية.
3. راديو محدد بالبرمجيات.
4. التصوير الطبي.
5. الاتصالات السلكية واللاسلكية.
6. تكامل أجهزة منطقية متعددة بسيطة قابلة للبرمجة.
7. التعرف على الصوت.
8. التشفير.
9. معالجة الإشاراة الرقمية.
10. نماذج أسيك.
11. أجهزة التحكم في الجهاز.
12. أنظمة محاكاة أجهزة الكمبيوتر.
13. المعلوماتية الحيوية.
14. الحوسبة عالية الأداء.
15. الفضاء والدفاع.
16. نماذج أسيك.
17. السيارات.
18. بث الإلكترونيات الاستهلاكية.
19. مركز بيانات طبي.
20. الأدوات العلمية والصناعية.

فوائد استخدام FPGA

تقدم FPGA العديد من المزايا مقارنة بالتطبيقات التقليدية.

الاختلافات بين FPGA و ASIC

لدى ASIC (الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق) و FPGAs عروض قيمة مختلفة. ما يميز FPGAs عن ASIC هو حقيقة أنه يمكن إعادة برمجة FPGA إلى التطبيق المطلوب أو متطلبات الوظائف بعد التصنيع بينما يتم تصنيع ASIC خصيصًا لتصميم معين مهام. يمكن أن تحدث تغييرات إعادة البرمجة هذه أثناء عملية تجميع PCB (لوحة الدوائر المطبوعة) ، أو حتى بعد شحن الجهاز إلى العملاء.

على الرغم من وجود FPGAs القابلة للبرمجة (OTP) ، إلا أن الأنواع السائدة والأكثر شيوعًا تعتمد على ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) مما يجعلها قابلة لإعادة البرمجة مع استمرار تطور التصميم.

علاوة على ذلك ، يتم بيع FPGAs على الرف ، على عكس ASICs التي تتطلب دورات تصنيع تنتهي بعدة أشهر.

أداء وتعدد استخدامات FPGA

تقدم FPGA مستويات فائقة من الأداء والتنوع مما يجعلها تقنية الانتقال للأشخاص والمؤسسات التي تتطلع إلى تحسين الرقائق أو إجراء تغييرات على الرقائق لأعباء العمل الخاصة بهم.

يمكن العثور على مثال رائع على الأهمية المتزايدة لـ FPGAs في مجال الذكاء الاصطناعي. مع استمرار اكتساب الذكاء الاصطناعي أهمية ، كذلك أهمية FPGAs. في بعض الحالات، تتفوق FGPAs على وحدات المعالجة الرسومية (GPU) في تحليل كميات هائلة من البيانات للتعلم الآلي.

كالفين إبون آمو (40 مقالة منشورة)

كالفين كاتب في MakeUseOf. عندما لا يشاهد ريك ومورتي أو فرقه الرياضية المفضلة ، يكتب كالفن عن الشركات الناشئة ، وسلسلة الكتل ، والأمن السيبراني ، وعوالم التكنولوجيا الأخرى.

المزيد من Calvin Ebun-Amu