تراشه ها ي منطقي برنامه پذ ير

1. تراشه ها ي منطقي برنامه پذ ير

2. Digital Devices S

3. FPLD • Field-Programmable Logic Devices: • Pre-fabricated silicon devices that can be electrically programmed to become almost any kind of digital circuit or system. • SPLD, CPLD, FPGA • FPGA is mostly used.

4. FPGA vs. ASIC • ASIC: • Months to fabricate • Cost: hundreds of thousands to millions of dollars to obtain the first device • FPGAs: • Configured in < 1 sec • Cost: a few dollars to a few thousand dollars • x20 to x35 area • x3 to x4 slower • x10 more dynamic power [Kuon07.a]

5. CPLD InterconectionWires

6. بخشي از CPLD

7. ساختار FPGA

8. Altera PLD Products • [wikinvest.com], 2008 Other 10% CPLD 19% FPGA 71% http://www.wikinvest.com/images/thumb/1/1f/ALTR_salesbyproduct.jpg/350px-ALTR_salesbyproduct.jpg

9. FPGA Market 2004 “Xilinx currently has the majority of market share at 90nm and it supplies 90% of the FPGA industry’s 65nm sales.” 2008

10. FPGA Market 2004 • Xilinx: 53% • Altera: 33% • Lattice: 6% • Actel + others: 8% • Revenue: • Xilinx: $1.84B (2008) • Altera: $1.26B (2007) http://www.wikinvest.com/stock/Altera_(ALTR)#_note-9

11. Internet References • FPGA/CPLD Device Guide: • http://www.fpga-guide.com/ • PLD FAQ: • http://www.fpga-faq.com/ • ASIC, FPGA, SOC … resources: • http://www.eg3.com/fpga/index.htm • Google Directory: • http://directory.google.com/Top/Computers/Hardware/Programmable_Logic/FPGA/ • Newsgourp: • http://groups.google.com/ •  comp.arch.fpga

12. FPLDها • تفاوت FPLDها: • ساختار داخلي Logic Cellها • Programmability • I/O Blockها • ساختار اتصالات

13. تکنولوژيهاي برنامه ريزي FPLDها • تکنولوژيهاي اصلي: • SRAM: سوييچهاي قابل برنامه ريزي= ترانزيستورهاي کنترل شده توسط سلولهاي SRAM • EPROM: سوييچهاي قابل برنامه ريزي= ترانزيستورهاي floating gate که با تزريق بار به گيت شناور، خاموش مي شوند. • EEPROM و Flash: قابل پاک کردن به صورت الکتريکي. • Antifuse: با برنامه ريزي الکتريکي، يک مسير با مقاومت کم پديد مي آيد. • از SRAM, Flash, Antifuse به طور گسترده استفاده مي شود.

14. SRAM • Primary users of SRAM: • Most are used to set the select lines to multiplexers that steer interconnect signals.

15. Bit 0 Bit 1 MUX with SRAM

16. SRAM for LUTs • Primary users of SRAM: • The majority of the rest are used to store the data in the lookup-tables (LUTs)

17. SRAM Cell SRAM • Primary users of SRAM: • To control the tri-state buffers and simple pass transistors for programmable interconnect

18. SRAM • مزايا: • روش غالب • استفاده از تکنولوژي ساخت CMOS استاندارد • برنامه ريزي مجدد سريع • برنامه ريزي on-chip به دفعات نامحدود • prototyping در داخل سيکل طراحي • کارخانه ي سازنده مي تواند همه ي مسيرها را با reprogram کردن FPGA تست کند •  کاربر، آي سي کاملا تست شده را مي گيرد و نيازي به ايجاد الگوهاي تست و مدارهاي DFT ندارد.

19. SRAM • اشکالات: • مساحت (اشکال اصلي): 6 ترانزيستور براي هر سلول SRAM • نياز به حافظه ي خارجي non-volatile (داراي مدار حسگر power-on است براي initialization). • سرعت: بيشتر از نظر دانسيته بهينه شده اند نه سرعت. • امنيت کم طرح در برابر سرقت (intellectual property) • توان مصرفي بالاي سلول هاي SRAM (حتي وقتي که برنامة آن تغيير نمي کند).

20. EPROM • ولتاژ برنامه ريزي بالا  محبوس شدن الکترونها Vdd نمي تواند ترانزيستور را روشن کند • EEPROM (Flash): باز گرداندن الکترونها با ميدان الکتريکي (ظرفيت کمتر از EPROM). • Flash: نوعي EEPROM که پاک کردن و برنامه ريزي آن در بلوک هاي بزرگ انجام مي شود. • در سري هاي قبل کل حافظه بايد پاک مي شد. • بسيار ارزانتر از byte-programmable EEPROM

21. EPROM • مزايا: • عدم نياز به حافظه ي خارجي. • مساحت کمتر از SRAM • اشکالات: • مشکل تر بودن برنامه ريزي مجدد • برنامه ريزي مجدد: تا چندصد بار (بارهاي الکتريکي زير گيت جمع مي شوند) • مقاومت روشن ترانزيستور EPROM: زياد. • نياز به چند مرحله ي ساخت علاوه بر پروسه ي استاندارد CMOS.

22. Flash and SRAM • Recently emerged FPGAs: • Use of flash storage in combination with SRAM programming technology: • LatticeXP (2005) • Xilinx: Spartan-3AN (2005) • Altera: MAX II (2005) • On-chip flash memory: to provide non-volatile storage • SRAM cells: to control the programmable elements in the design •  No need for external non-volatile memory •  Indefinite reconfigurability

23. Antifuse • جريان برنامه ريزي بالا  عايق ONO را ذوب مي کند  اتصال دايم. • به علت کوچکي، PLD هاي آنتي فيوز ظرفيتهاي بسيار بالايي دارند.

24. Antifuse • مزايا: • عدم نياز به حافظه ي خارجي. • مساحت بسيارکم (تقريبا هم اندازه با viaي سيمهاي فلزي). • قابليت اطمينان بسيار بالا • (TDDB: Time-Dependent Dielectric Breakdown) حدود 40 سال. • مقاومت کم در حالت روشن (در طي زمان هم کم مي ماند). • خازن پارازيتي بسيار کمتر. • امنيت بالاي طرح در برابر سرقت. • توان مصرفي بسيار کمتر. • اشکالات: • عدم امکان برنامه ريزي مجدد. • برنامه ريزي آن نياز به مدار اضافي دارد (بايد ولتاژ و جريان بالا ايجاد کند).

25. جمع بندي تکنولوژيهاي برنامه ريزي • Programming yield: The confidence for successful programming [Kuon07.b]

26. References • [Kuon07.a] I. Kuon and J. Rose, “Measuring the gap between FPGAs and ASICs,” IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 26, no. 2, pp. 203–215, 2007. • [Kuon07.b] I. Kuon, R. Tessier, “FPGA Architecture: Survey and Challenges,” Foundations and Trendsin Electronic Design Automation, Vol. 2, No. 2 (2007) 135–253. • www.altera.com • www.xilinx.com