Перейти к содержимому

Николай III's блог

  • записи
    2
  • комментарий
    21
  • просмотров
    40 267

Про ASIC-и, FPGA-сики и ProASIC-и... ч.1

Николай III

16 784 просмотра

blog-0264432001362343815.jpgПоскольку альтернативного, экономически-целесообразного и энергетически-эффективного решения для высокопроизводительных вычислений, акромя использования микросхем программируемой логики (ПЛИС) или заказных СБИС (ASIC), в настоящее время не просматривается, то надо к ним повнимательнее приглядеться ... Информации по теме ПЛИС достаточно много на просторах интернета и в печатном виде, но она разбросана либо по отдельным производителям, либо освещает лишь некоторые аспекты. Решил создать здесь широкий обзор тематики, так как на мой взгляд, у многих интересующихся прикладным применением устройств для майнинга, наблюдается недостаток информированности об этих устройствах и используемых в них технологиях. Многие очевидно считают, что технология ASIC это более совершенный вариант реализации FPGA-технологии. Ничего подобного ! Обывательские разговорчики. (с). Итак, попробуем поковыряться у них в кишках и разобраться что к чему.

 

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) – один из продуктов прогресса микроэлектронной промышленности, применяемый для реализации всевозможных цифровых устройств самой разной сложности. Появились они около 20-ти лет назад и быстро завоевали лидерство в области разработки схемных решений для цифровых устройств. Основные производители ПЛИС: корпорации "Altera", "Xilinx", "Lattice semiconductor", "Actel".

 

post-2090-0-60862000-1364420361_thumb.jpgpost-2090-0-91394900-1364420361_thumb.jpgpost-2090-0-79783400-1364411529_thumb.gifpost-2090-0-54044000-1364420360_thumb.jpg

 

Диапазон применения ПЛИС очень широк: от простых счетчиков и преобразователей кодов, несложных цифровых схем, ранее реализуемых на рассыпухе до специализированных вычислителей или различных процессоров, вплоть до создания нейронной сети.

Таким образом, некоторое цифровое устройство, которое было разработано лет 15-20 назад, располагалось на десятке плат и занимало целую корзину в монтажной стойке, теперь может быть реализовано на одной небольшой печатной плате. Мало того: при использовании ПЛИС появляется возможность без особых усилий и затрат изменить функциональную наполненность всего цифрового устройства - путем изменения конфигурации ПЛИС. Чего раньше (при использовании дискретных логических микросхем (рассыпуха)) невозможно было сделать без доработки и изменения устройства. Зачастую проще было разработать новое устройство, чем дорабатывать и доводить до ума старое.

Как пример реализации оборудования с заменой устаревшей элементной базы на относительно дешевую и небольшую ПЛИС + небольшой микроконтроллер, приложу видео с моим прожектом модернизации итальянского упаковочного автомата 30-летнего возраста. Здесь вся электронная система управления, занимавшая небольшой шкафчик, уместилась в маленькую симпатичную коробочку. Некоторое врямя этот девайс успешно работал. Жаль только, что фабрика та сгорела к монахам вскоре после пробных испытаний устройства ... :huh:

 

http://www.youtube.com/watch?v=03GUqF1SasU&list=HL1362376730

 

Сегодня ПЛИС делятся на две основные группы: CPLD(Complex Programmable Logic Device) и FPGA(Field-Programmable Gate Array).

В буквальном переводе, первая группа - это Сложные Программируемые Логические Устройства, а вторая - Программируемая Пользователем Вентильная Матрица. CPLD как и FPGA структурно состоят из матрицы логических блоков, матрицы соединений, блоков ввода-вывода и конфигурационной памяти, хранящей топологию связей между логическими блоками.

 

post-2090-0-85547400-1364420418_thumb.jpg

 

Принципиальная разница между ними в том, что у CPLD базовый слой содержит укрупненные логические блоки на основе элементарных вентилей (2И-НЕ/2ИЛИ-НЕ), а у FPGA этот слой содержит более компактные логические ячейки на основе таблиц истинности (LUT) и количество логических ячеек в базовом слое FPGA превышает количество онных в CPLD на 1-2 порядка. Вследствие этого FPGA имеет более гибкую архитектуру.

 

post-2090-0-88598500-1362641789_thumb.gifpost-2090-0-83376200-1362641750_thumb.jpg

 

Также необходимо добавить, что FPGA в отличие от CPLD, могут содержать на базовом слое специальные ядра, ускоряющие специфические алгоритмы обработки (DSP-блоки), а также блоки памяти. Процесс программирования ПЛИС заключается в переносе конфигурации матрицы соединений на специальную внутреннюю память ПЛИС. В этом аспекте CPLD и FPGA (почти все) заметно отличаются. Если CPLD содержит прямо на кристалле энергонезависимую конфигурационную память, но с ограниченным количеством циклов программирования, то почти все представители семейства FPGA содержат на кристалле блок энергозависимого ОЗУ в качестве конфигурационной памяти. Данную память при старте системы нужно загрузить конфигурационной информацией, которая обычно располагается во внешнем ППЗУ (параллельного или последовательного типов).

Данная технология загрузки конфигурации с внешней памяти практически не имеет ограничения на количество циклов программирования, т.к. современные Flash-ППЗУ допускают до 100 000 циклов перезаписи. Но данная технология имеет один серьезный недостаток: она требует некоторого времени для загрузки конфигурации и при этом процессе происходит заметный бросок потребляемого системой тока, что создает дополнительные требования к цепям питания и фильтрации. Если читатели помнят, то я написал, что такую технологию конфигурирования (SRAM-технологию) поддерживают почти все FPGA. Но... не все. Если FPGA-чипы основных мировых производителей "Altera" и "Xilinx" построены на данной технологии, то FPGA-чипы менее именитого производителя - корпорации "Actel", построены по FLASH-технологии конфигурационной памяти. Это значит, что свою конфигурацию эти FPGA сохраняют и при выключенном питании, а при включении - данный тип FPGA мгновенно готов к работе. Кроме того, данная технология конфигурирования FPGA не только избавлена от начальных бросков тока при загрузке, но и сокращает энергопотребление кристалла, а также в несколько раз уменьшает размеры конфигурационной ячейки, что позволяет более эффективно использовать площадь кристалла. Вообще говоря, FPGA от "Actel" мне представляются наиболее интересными для использования под майнинг ввиду привлекательных цен и хорошей энергоэффективности. На них я остановлюсь подробнее чуть ниже.

Корпорация "Lattice semiconductor" избрала третий (гибрридный) вариант реализации конфигурирования FPGA: у них также как у "Altera" и "Xilinx" задействована SRAM-технология загружаемой конфигурирации, но FLASH-память конфигурации расположена не снаружи, а внутри кристалла.

Выпускаемые FPGA делятся по ценовому и функциональному критериям на несколько сегментов: нижний, средний и топовый. У корпорации "Altera" разные сегменты FPGA представлены такими семействами как Cyclone(нижний), Arria(средний) и Stratix(топовый). У корпорации "Xilinx" до недавного времени было два сегмента, которые были представлены семействами Spartan(нижний) и Virtex(топовый). На данный момент между ними расположились еще два: Artix и Kintex.

 

Продолжение следует...



11 комментариев


Рекомендуемые комментарии

Интересно!!! Ждем продолжение.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

 

Поскольку альтернативного, экономически-целесообразного и
энергетически-эффективного решения для высокопроизводительных
вычислений, акромя использования микросхем программируемой логики
(ПЛИС), в настоящее время не просматривается,

Как? А как же ASIC?

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Как? А как же ASIC?

А про них тоже будет.  Хотя это также логика, но программируемая однократно при изготовлении.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Понятно, просто почему говорится, что кроме ПЛИСов нет экономически-целесообразного и энергетически-эффективного решения для высокопроизводительных вычислений? По логике это утверждение получается не верным.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

+1 только изображения поправьте, не все отображаются

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

+1 только изображения поправьте, не все отображаются

 

Да, я тоже заметил это. Не пойму почему, думал може у меня токо так криво отображается - типа браузер глючит. И видеоролик тоже перестал отображаться на этой странице - только в новом окне по ссылке. 

Я бы поправил. Только не знаю как. Залить на другой ресурс ? И на какой ?

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Понятно, просто почему говорится, что кроме ПЛИСов нет экономически-целесообразного и энергетически-эффективного решения для высокопроизводительных вычислений? По логике это утверждение получается не верным.

 

Я действительно считаю на сегодня безальтернативным для решения высокоемких вычислительных задач по жестким алгоритмам использование ПЛИС (FPGA, ASIC).

Такие варианты как кластеры на базе ПК, монстры из десятка видеокарт или сотни DSP отпадают по вышеозвученным критериям. 

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

ПЛИС (Программиируемая логическая интегральная схема)  или ППВМ (Программируемая пользователем вентильная матрица) ≠ ASIC (application-specific integrated circuit, «интегральная схема для специфического применения»)

 

Ключевая особенность в возможгности программировать схему.  Поэтому фраза

Поскольку альтернативного, экономически-целесообразного и энергетически-эффективного решения для высокопроизводительных  вычислений, акромя использования микросхем программируемой логики (ПЛИС), в настоящее время не просматривается

не верна, т.к. в нее не включены ASIC чипы. ПЛИС ≠ ASIC

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

спасибо, очень познавательно.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

ПЛИС (Программиируемая логическая интегральная схема)  или ППВМ (Программируемая пользователем вентильная матрица) ≠ ASIC (application-specific integrated circuit, «интегральная схема для специфического применения»)

 

Ключевая особенность в возможгности программировать схему.  Поэтому фраза

не верна, т.к. в нее не включены ASIC чипы. ПЛИС ≠ ASIC

Поскольку альтернативного, экономически-целесообразного и энергетически-эффективного решения для высокопроизводительных вычислений, акромя использования микросхем программируемой логики (ПЛИС), в настоящее время не просматривается

Согласен, было не совсем корректно...  Исправил.

На днях опубликую продолжение.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

И сколько же будет стоить ASIC среднего уровня или низкого уровня, и где и когда его можно будет найти-купить?

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

×