Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL

Cette vidéo est une présentation d'introduction sur la technologie FPGA et logique programmable. J'ai donné cet exposé de 45 minutes lors d'un événement organisé par 7 Peaks Software à Bangkok, Thaïlande, le 19 novembre 2019.

Points forts de la présentation :

05:07 – Qui utilise les FPGA ?
09:06 – Qu'est-ce qu'un FPGA ?
12:13 – Émuler des portes logiques avec de la RAM statique
17:47 – Primitives FPGA courantes
19:51 – FPGA le moins cher et le plus cher
20:53 – Plan d'étage d'un FPGA
24:30 – VHDL
28:05 – Synthèse et Place-and-Route
30:50 – Soft-cores
33:15 – FPGA/CPU hybride (Zynq-7000)
36:44 – Avantages et inconvénients des FPGA
40:28 – Produits contenant des FPGA
45:18 – Ressources d'apprentissage gratuites de VHDLwhiz.com

Qui utilise les FPGA ?

La technologie FPGA alimente un large spectre de produits — des satellites en orbite terrestre aux systèmes de trading à haute fréquence à Wall Street. Voici les industries clés qui s'appuient fortement sur la logique programmable.

Défense

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Le secteur de la défense investit massivement dans des solutions FPGA personnalisées. Les systèmes de grade militaire exigent une fiabilité extrême et des normes de qualité strictes, et les budgets sont souvent abondants grâce au soutien gouvernemental. Les FPGA excellent dans les communications radio, le traitement de signaux radar, et les équipements de test pour ces applications. J'ai travaillé directement sur des conceptions FPGA pour des projets de défense ; lisez-en plus sur mon expérience ici.

Espace

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Les satellites utilisent des FPGA pour le contrôle d'interface, l'acquisition de données de capteurs, et le traitement de signal en temps réel. Leur faible consommation d'énergie, leur capacité à être durcis aux radiations, et leur facilité de vérification font des FPGA un choix naturel pour le matériel spatial.

Aéronautique

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Les applications aéronautiques reflètent les cas d'utilisation spatiaux mais ajoutent une conformité stricte avec DO-254 pour le matériel aéroporté. Les FPGA satisfont souvent aux exigences de vérification plus rapidement et plus rentablement que les logiciels équivalents sous DO-178C.

Automobile

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Les véhicules modernes emploient des FPGA pour le contrôle de moteur dans les moteurs diesel, les pipelines de conduite autonome, et les systèmes d'infodivertissement à large bande passante. Le timing précis pour les moteurs à induction triphasés repose sur la logique FPGA pour maximiser l'efficacité.

Télécom

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL L'infrastructure de télécommunication — des unités de baseband de stations de base aux routeurs réseau — tire parti des FPGA pour un traitement flexible à faible latence. Les appareils grand public utilisent généralement des ASIC, mais le coût élevé de la conception ASIC est compensé par de gros volumes de production.

Centres de données

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Les principaux fournisseurs de cloud (AWS, Azure, Google, Meta) déploient des accélérateurs FPGA personnalisés pour répondre à des charges de travail exigeantes. Bien que les cas d'utilisation spécifiques restent propriétaires, les offres d'emploi et les conférences confirment l'adoption généralisée des FPGA dans les charges de travail des centres de données.

Trading à haute fréquence

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Dans le trading algorithmique, les millisecondes comptent. Les FPGA offrent une latence déterministe sous-microseconde qui surpasse les CPU et GPU, permettant aux traders de traiter les données de marché et d'exécuter des ordres plus vite que leurs rivaux.

Minage de cryptomonnaie

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Les FPGA ont ravivé l'intérêt pour le minage car ils consomment beaucoup moins d'énergie par hash que les GPU. Les mineurs FPGA financés par crowdfunding, comme UltraMiner, revendiquent des gains d'efficacité énergétique jusqu'à quatre fois.

Exemples de produits contenant des FPGA

Bien que l'électronique grand public embarque rarement des FPGA, plusieurs appareils bien connus en contiennent.

HTC Vive

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Le casque VR intègre trois FPGA Lattice bas de gamme, probablement pour le contrôle d'interface et la gestion des capteurs plutôt que le traitement graphique.

Google Waymo

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Waymo utilise des FPGA pour la fusion de capteurs — particulièrement le traitement de données LiDAR — pendant les phases de développement et de prototypage précoces.

iPhone 7

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL L'iPhone 7 d'Apple abrite un FPGA qui pourrait permettre l'accélération IA over-the-air, autorisant des mises à jour matérielles post-fabrication.

Apple Afterburner

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL La carte Afterburner rend jusqu'à trois flux 8K ProRes en temps réel, exploitant la logique FPGA pour le traitement d'image à haute vitesse.

Nvidia G-Sync

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL G-Sync synchronise la sortie GPU avec les taux de rafraîchissement d'affichage, une tâche que le matériel gère bien plus efficacement que le V-Sync logiciel.

Oscilloscope Sigilent

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL Le SDS 1202X-E combine un Xilinx Zynq-7000 avec Linux sur le système de traitement et la logique FPGA pour la capture de données à haute vitesse, illustrant une conception SoC puissante.

UltraMiner FPGA

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL UltraMiner, un mineur FPGA financé par crowdfunding, promet une efficacité énergétique quatre fois supérieure aux rigs GPU.

Pebble Time

Explorer les FPGA : Applications, avantages et démarrage avec VHDL La montre connectée Pebble utilise un minuscule FPGA pour piloter son LCD. Le firmware est open-source, avec le code d'interface FPGA hébergé sur GitHub.

Prêt à programmer un FPGA ?

Créer de la logique FPGA nécessite un langage de description matériel (HDL). Le VHDL est l'un des HDL les plus utilisés, et notre site se concentre dessus.

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