Primele probe de cristale de matrice de bază (MCB) au apărut în 1975 ca mijloc de implementare a circuitelor de calcul non-standard de înaltă performanță, fără utilizarea microcircuitelor de niveluri de integrare mici și medii. Dezvoltarea BMC a făcut posibilă efectuarea unor părți netipice ale mașinii pe LSI.
Costul de proiectare a unui LSI / VLSI este mare și ajunge la zeci sau chiar sute de milioane de dolari. Prin urmare, producerea unor astfel de microcircuite devine profitabilă doar cu un volum suficient de mare al consumului lor. O soluție bună a fost găsit în căile de dezvoltare LSI, operarea care pot fi adaptate pentru a aborda o problemă deosebită în etapele finale ale fabricării lor. În acest caz, produsele semifinite sunt produse în vrac fără o orientare specifică a clienților. Astfel de LSI / VLSI sunt numite semi-ordine.
Baza BMC de primă generație este un set de regulat localizat pe celulele bazei de cristal (BJ), între care există zone libere pentru crearea conexiunilor - canale. O astfel de arhitectură se numește arhitectură de canal. Zona interioară celula de bază este ocupată BMK în care sunt aranjate în rânduri și coloane și cuprind componente de circuit un grup neskommutirovannyh (tranzistoare, rezistențe și așa mai departe. P.). În regiunea periferică a cristalului are celula I / O, un set de componente de circuit care este axat pe realizarea conexiunilor BMA la circuite externe.
Astfel, BMC este o preformă care este convertită în schema cerută prin efectuarea conexiunilor necesare.
Primul BMC (Amdahl Corp. din SUA) a fost realizat de către inginerul circuitului ESL, pentru care procesul complet de fabricație a inclus 13 operații cu fotoscopii. În consecință, timpul și costul designului s-au dovedit a fi de 3-5 ori mai mici decât pentru LSI / VLSI complet personalizate. Taxa pentru reducere nu este optimitatea rezultatului, deoarece unele dintre elementele sale sunt inutile, aranjamentul reciproc al elementelor și conexiunile lor nu sunt optime.
Producția industrială a BMC a fost dezvoltată pe scară largă de la începutul anilor 1980. Se aplică tehnologiile CMOS, TTLSH, ESL etc. În prezent, nivelul de integrare al BMC a ajuns la zeci de milioane de porți pe cristal.
La proiectarea FPGA caută cel mai bun mod de a echilibra numărul de celule de bază, urme de resurse ale cristalului și numărul de tampoane pentru conectarea terminalelor externe. Pentru MCS moderne, pot fi necesare până la 500 ... 1000 terminale externe.
În descrierea BMC, există următoarele concepte de bază și definiții:
- elementul de bază (BJ) ca un anumit set de componente de circuit, repetate în mod regulat pe o anumită zonă a cristalului. Celulele de bază ale zonei interioare a BMC sunt denumite celule de bază matriceale (MBN), celule din zona periferică sunt numite celule de bază periferice (ABB). Există două moduri de organizare a celulelor BMP:
1) un element logic poate fi format din componentele MBY, iar mai multe celule sunt folosite pentru a implementa funcții mai complexe;
2) orice nod funcțional poate fi format din componentele MBY, iar compoziția componentelor celulare este determinată de schema celui mai complex nod.
- celula funcțională (FW) este un circuit complet funcțional, realizat prin conectarea componentelor în cadrul uneia sau mai multor BJ-uri.
- Biblioteca - un set de FY, utilizat în proiectarea unei scheme bazate pe BMK (MABIS).
Parametrii BMK pot fi împărțiți în patru grupe:
- Funcționalități funcționale (numărul de porți echivalente, tipul BJ, numărul de MBY și ABY, compoziția bibliotecii etc.);
- parametrii electrici (nivele de tensiune log codare. semnale de tensiune de alimentare, valorile de putere, semnal de întârziere de propagare, frecvența maximă de comutare și m. n.)
- constructiv-tehnologic (tipul de coajă, numărul de conducte, numărul de niveluri de metalizare, zona cristalului etc.)
În lume, BMC-urile sunt fabricate cu zeci de milioane de supape echivalente care au întârzieri de nu mai mult de 0,1 ... 0,2 ns.
Producția BMC poate fi împărțită în următoarele șapte etape consolidate:
- descrierea inițială a proiectului;
- formarea unei baze de date și a unui card de comandă;
- modelare și verificare;
- proiectarea și verificarea topologiei;
- producția de prototipuri.
Dorința de a automatiza procesul de dezvoltare a proiectului a condus la apariția unor limbi de programare speciale BMC. Dintre acestea, cele mai populare limbi sunt Verilog Hardware Description Languages (VHDL).
Printre VLSI BMC este acum cea mai comună cip logice programabile, furnizate de Xilinx, Altera, Actel.
4.4. LSI / VLSI cu structuri programabile (CPLD, FPGA, structuri mixte)
PML și microscoalele BMC au pus bazele a două ramuri principale ale dezvoltării ulterioare a circuitelor logice cu structuri programabile. linie de continuare LMP oțel LSI / VLSI complex dispozitiv logic programabil CPLD, și liniile de extensie BMK - FPGA utilizator șir de porți programabile. Dorința de a combina avantajele ambelor linii a dus la crearea de arhitectură mixtă LSI / VLSI pentru care nici un nume produs comun, compania Altera, care a lansat primul astfel de schemă, le-a numit FLEX (Flexibil Logic Element Matrix). Complexitatea acestor microcircuite corespunde întregului sistem.
În dezvoltarea de circuite integrate cu structura programabil (ISPS) este implicată în prezent zeci de companii, printre care sunt de conducere Xilinx, Altera, Acctel, Atmel, Lattic Semiconductor.
Domeniul de aplicare a FPGA este foarte largă, acestea pot fi construite nu numai blocuri individuale de sisteme, dar, de asemenea, în întregul sistem, inclusiv procesoare și memorie.
Clasificarea FPGA de tipul elementelor programabile este prezentată în Fig. 4.4.
Figura 4.4. Clasificarea FPGA pe tipuri de elemente programabile
Pentru FPGA-urile moderne sunt caracteristice următoarele tipuri de taste programabile:
- jumperi de tip antifug;
- tranzistori cu porți plutitoare (LISMOP);
- MOSFET-urile cheie controlate de declanșatoarele de memorie de configurare (memoria "shadow").
Programarea cu fire anti-fuzibil este unică. Jumperii moderni (companiile QuickLogic și Actel) sunt de înaltă calitate. Podul este format dintr-un dielectric cu trei straturi, cu o alternanță între straturile de "oxid-nitruri-oxid", plasate între polisiliciu conductiv și autobuze de difuzie. Prin urmare, acest design este denumit uneori și ONO (Oxid-Nitrid-Oxid). Pulsul de tensiune programabil sparge jumperul și creează un canal conductiv de polisilicon între electrozii.
Elementele EPROM, EEPROM și memoria flash sunt utilizate în circuite integrate cu structură reprogramabilă. Informațiile stocate în memoria de configurare pot fi șterse prin iradiere UV sau prin impulsuri electrice. În prezent, chips-uri cu ștergerea UV produs, practic, din cauza costului ridicat al carcasei cu o fereastră transparentă, dar dispozitivele sunt fabricate cu o singură programare (OTP), realizat de aceeași tehnologie, dar în cazul obișnuit.
Poziția dominantă pe piața circuitelor integrate cu structură reprogramabilă este ocupată de FPGA cu o memorie de configurare declanșată. O diagramă simplificată a cheii electronice folosită în aceste scheme este prezentată în Fig. 4.5.
Figura 4.5. Schema simplificată a cheii electronice FPGA cu memorie de declanșare
Tranzistorul cheie VT2 închide și deschide secțiunea ab în funcție de starea declanșatorului a cărui ieșire este conectată la poarta tranzistorului VT2. La programare, se aplică un potențial ridicat la linia de prelevare și la tranzistor
VT1 se deschide. Din linia de înregistrare / citire, este trimis un semnal, stabilind declanșatorul în starea jurnalului. "0" sau "1". În modul de funcționare, VT1 este blocat și declanșatorul rămâne neschimbat. Deoarece declanșatorul de memorie nu necesită performanțe ridicate, acesta este proiectat pentru compact și stabilitate maximă. Pentru prima dată, astfel de scheme au fost aplicate de Xilinx. Încărcarea datelor corespunzătoare în programul de memorie de configurare a FPGA pentru a efectua sarcina. Acest proces este efectuat de mai multe ori (de nenumărate ori) de fiecare dată când este pornit. Declanșatoarele de memorie sunt distribuite în întregul cristal. Un tranzistor cheie poate fi numit un punct de comunicare programabil al PTS.
Abordări Reviewed la construcția logicii reprogramabilă a dus mai departe la apariția unor produse mai complexe, cum ar fi dispozitivul complex programabil logigicheskie (CPLD) și un câmp programabil matrice poarta (FPGA). Aceste dispozitive îndeplinesc funcții mai complexe și au în componența lor blocuri logice complete, inclusiv RAM. Acestea sunt concepute pentru a rezolva sarcini complexe pentru gestionarea și procesarea semnalelor. Direcția LSI / VLSI cu structuri reprogramabile continuă să se dezvolte intens în prezent. În același timp, designul dispozitivelor complexe analogice digitale are o importanță decisivă. Această circumstanță se datorează apariției limbilor moderne pentru descrierea echipamentelor (HDL), destinate, în cele din urmă, obținerii de coduri pentru TCP descris mai sus. Exemple de astfel de limbaj de nivel scăzut poate fi limbi PLDASM (Intel), AHDL (Altera), ABEL (Xilinx). Printre limbile de nivel înalt, VHDL și Verilog sunt cunoscute.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: