Menjelajahi FPGA: Aplikasi, Manfaat, dan Memulai dengan VHDL

Video ini adalah presentasi pengantar tentang teknologi FPGA dan logika yang dapat diprogram. Saya menyampaikan presentasi 45 menit ini di acara yang diadakan oleh 7 Peaks Software di Bangkok, Thailand, pada 19 November 2019.

Highlights dari presentasi:

• 05:07 – Siapa yang menggunakan FPGA?
• 09:06 – Apa itu FPGA?
• 12:13 – Mengemulasikan gerbang logika dengan RAM statis
• 17:47 – Primitif FPGA umum
• 19:51 – FPGA termurah dan termahal
• 20:53 – Floorplan FPGA
• 24:30 – VHDL
• 28:05 – Sintesis dan Place-and-Route
• 30:50 – Soft-cores
• 33:15 – Hibrid FPGA/CPU (Zynq‑7000)
• 36:44 – Keuntungan dan kerugian FPGA
• 40:28 – Produk yang mengandung FPGA
• 45:18 – Sumber belajar gratis dari VHDLwhiz.com

Siapa yang Menggunakan FPGA?

Teknologi FPGA mendukung spektrum luas produk—dari satelit yang mengorbit Bumi hingga sistem perdagangan frekuensi tinggi di Wall Street. Berikut adalah industri utama yang sangat bergantung pada logika yang dapat diprogram.

Pertahanan

Sektor pertahanan berinvestasi banyak dalam solusi FPGA khusus. Sistem militer menuntut keandalan ekstra dan standar kualitas yang ketat, dan anggaran sering melimpah berkat dukungan pemerintah. FPGA unggul dalam komunikasi radio, pemrosesan sinyal radar, dan alat pengujian untuk aplikasi ini. Saya telah bekerja langsung pada desain FPGA untuk proyek pertahanan; baca lebih lanjut tentang pengalaman saya di sini.

Antariksa

Satelit menggunakan FPGA untuk kontrol antarmuka, akuisisi data sensor, dan pemrosesan sinyal real-time. Konsumsi daya rendah, kemampuan untuk di-hardening radiasi, dan kemudahan verifikasi membuat FPGA cocok untuk perangkat luar angkasa.

Pesawat

Aplikasi penerbangan mencerminkan kasus penggunaan luar angkasa tetapi menambahkan kepatuhan ketat dengan DO‑254 untuk perangkat keras penerbangan. FPGA sering memenuhi persyaratan verifikasi lebih cepat dan lebih hemat biaya daripada perangkat lunak setara di bawah DO‑178C.

Otomotif

Kendaraan modern menggunakan FPGA untuk kontrol motor dalam mesin diesel, saluran pengemudi otonom, dan sistem infotainment bandwidth tinggi. Waktu yang tepat untuk motor induksi tiga fasa bergantung pada logika FPGA untuk memaksimalkan efisiensi.

Telekomunikasi

Infrastruktur telekomunikasi—dari unit basis baseband stasiun basis hingga router jaringan—memanfaatkan FPGA untuk pemrosesan yang fleksibel dan dengan latensi rendah. Perangkat konsumsi biasanya menggunakan ASIC, tetapi biaya tinggi desain ASIC terbayangi oleh volume produksi besar.

Pusat Data

Penyedia cloud besar (AWS, Azure, Google, Meta) menggunakan akselerator FPGA khusus untuk memenuhi beban kerja yang menuntut. Sementara kasus penggunaan tertentu tetap proprietary, iklan lowongan dan presentasi konferensi mengonfirmasi adopsi FPGA yang luas dalam beban kerja pusat data.

Perdagangan Frekuensi Tinggi

Dalam perdagangan algoritmik, milidetik sangat penting. FPGA memberikan latensi mikrosekunda deterministik yang lebih cepat dari CPU dan GPU, memungkinkan trader untuk memproses data pasar dan mengeksekusi pesanan lebih cepat dari rival.

Pertambangan Cryptocurrency

FPGA telah membangkitkan minat dalam pertambangan karena mereka mengonsumsi jauh lebih sedikit daya per hash daripada GPU. Penambang FPGA terpublikasi, seperti UltraMiner, klaim hingga peningkatan efisiensi energi empat kali lipat.

Contoh Produk yang Mengandung FPGA

Sementara elektronik konsumsi jarang dikirim dengan FPGA, beberapa perangkat yang well-known melakukannya.

HTC Vive

Headset VR ini menggabungkan tiga FPGA end rendah Lattice, kemungkinan untuk kontrol antarmuka dan penanganan sensor daripada pemrosesan grafis.

Google Waymo

Waymo menggunakan FPGA untuk fusisi sensor—terutama pemrosesan data LiDAR—selama fase pengembangan dan prototip awal.

iPhone 7

iPhone 7 Apple menyimpan FPGA yang mungkin mengaktifkan akselerasi AI melalui udara, yang memungkinkan pembaruan hardware setelah produksi.

Apple Afterburner

Kartu Afterburner merender hingga tiga stream 8K ProRes secara real-time, memanfaatkan logika FPGA untuk pemrosesan gambar kecepatan tinggi.

Nvidia G‑Sync

G‑Sync menyinkronkan output GPU dengan laju refresh layar, tugas yang perangkat keras tangani jauh lebih efisien daripada software V‑Sync.

Oskiloskop Sigilent

SDS 1202X‑E menggabungkan Xilinx Zynq‑7000 dengan Linux pada sistem pemrosesan dan logika FPGA untuk akuisisi data kecepatan tinggi, menggambarkan desain SoC yang kuat.

UltraMiner FPGA

UltraMiner, penambang FPGA terpublikasi, menjanjikan efisiensi energi empat kali lipat dibandingkan rig GPU.

Pebble Time

Jam pintar Pebble menggunakan FPGA kecil untuk mengemudikan LCD-nya. Firmware bersumber terbuka, dengan kode antarmuka FPGA dihosting di GitHub.

Siap Memprogram FPGA?

Membuat logika FPGA membutuhkan bahasa deskripsi hardware (HDL). VHDL adalah salah satu HDL yang paling banyak digunakan, dan situs kami difokuskan padanya.

Mulailah dengan simulasi gratis di edisi pelajar ModelSim. Tutorial VHDL Dasar memandu Anda melalui dasar simulasi, sementara kursus premium kami mengeksplorasi lebih dalam.

Sumber Belajar VHDLwhiz

GRATIS: Tutorial VHDL Dasar

PREMIUM: Kursus Dot Matrix FPGA dan VHDL

FPGA dan VHDL Fast‑Track: Hands‑On untuk Pemula

Apakah Anda akrab dengan pemrograman tetapi baru dalam VHDL?

Apakah Anda membutuhkan intro cepat?

Tidak dapat menemukan waktu untuk kursus panjang?

Bootcamp intensif ini mencakup dasar FPGA dalam beberapa malam. Pasangkan kursus dengan papan Lattice iCEstick dengan biaya rendah, dan Anda akan memprototipe hardware nyata dalam hitungan jam.

Klik di sini untuk membaca lebih lanjut dan mendaftar: FPGA dan VHDL Fast‑Track: Hands‑On untuk Pemula