Origins: Erken Routing Fabrics ve Sınırları
FPGA interconnect geçmişi, her mantık bloğunun ayrı veya yatay bağlantılar kurmadığı bir platforma programlanabilir mantık blokları dönüştüren bir artış hikayesidir.In the history of FPGA interconnecting Kumaşı bir sonraki sürümdür - bu işlemdeki yüksek çözünürlükte, birkaç tane elektriksel sinyale sahip olan transistöre devretme ve yüksek çözünürlükte bir şekilde bağlantı noktası, örneğin, her mantık bloğunun ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrılığı ile çevrilidir.
Geçti -Transistor Routing ve Hız Şişeneck
Geçiş-dönüşüm yaklaşımı, basitliği ve küçük alanı ayak izi nedeniyle erken tasarımları yönetti.Bir SRAM hücresi tarafından kontrol edilen tek bir n kanal transistörlü iki tel segmenti birbirine bağlayabilir veya bağlantıya geçebilmeleri için, bu topoloji, sinyal gerilimi ile çeşitli olmayan direnişlerden muzdaripti, cihazın 1990'lardan beri kesintiye uğraması – on binlerce kapıdan on binlerce adıma kadar – bu çatıyı yeniden başlatma ve yeniden yükleme işlemine kadar sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan bir şekilde yapılanma işlemişifikasyon uygulamaları için yapılanma işlemişişmanabilir.
Deterministic Timing'e doğru geçiş
1990'ların başlarında, birkaç satıcı, routing mimarisinin temel reforma ihtiyaç olduğunu kabul etti. Actel, geçiş yapan bir yol üzerinden daha düşük direnişe yol açan bir interconnects tanıttı, ancak Xilinx XC4000 serisine öncülük etti, çift yönlü geçiş kapısını birden fazla adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım atarak daha fazla kontrole yol açabilirdi.
Island-Style Architecture ve Scaling Era
Ada tarzı mimarisi 1990'ların ve 2000'lerin sonlarında hakim paradigma olarak ortaya çıktı, çeşitli uzunlukların segmentlerini içeren ölçeklenebilir temel sağlıyor. Mimarlık, Moore'un yasasını takip etmek için adlandırılmış mantık bloklarının görsel görünümüne izin verdi.Bu üstoloji oldukça ölçeklenebilir, cihaz kesintileri milyonlarca insan için milyonlarca insan için onlarca yıl boyunca büyümelerini sağladı.
Kanal tabanlı Routing ve Wire Segmentation
Ada tarzı routing verimliliği, uzak uç noktaları için gecikmeye neden oluyor. Xilinx segmentasyon stratejilerine çok bağlı.Tek bir CLB, komşu mantık elemanları arasında hızlı bağlantı sağlarken, iki, dörtlü, dörtlü, dörtlü, dörtlü, dörtlü, dörtlü, dörtlü, dörtlü, dörtlü, dörtlü bir geçişle dolu bir araya gelen hızlı geçişler ile bağlantı kurma izin verilen kısa sürede, sabit olmayan bir geçişle ilgili tüm geçişler ile bağlantılarını pekiştirir.
Modern Interconnect Hierarchy
Çağdaş FPGAs, ada tarzı atalarına küçük bir benzerlik taşır. Interconnect Kumaşı, programlanabilir bir özel iletişim modeli için optimize edilmiş bir dizi. Yüksek uç cihazlar şimdi her iki performans ve routability entegre eder.
Strasted Routing Resources
Modern routing kumaşlar, iki veya dört CLB'ye doğrudan yerel bağlantıları olan çok katmanlı bir hiyerarşiyi kucaklar, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte düşük gecikmeli noktaları sunarken, üst düzey mantık elemanlarını uzun hatlardan daha az tutarlar - 100 resimsel olarak, iki veya dört CLB'ye kadar uzanan aralıkları içerir.
Yüksek Hızlı Seri I / O ve Transceiver Entegrasyonu
Multi-gigabit transceivers entegrasyonu, PAM4 modulation kullanarak ağ geçidinin üzerinden ağ geçidinin kapatılmasını sağlar.Bu transkriptli sistemler ve güç yönetimi olmadan, yüksek bant genişliği ile bağlantılı olarak, ana kumaşa bağlı olarak, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan iki bloklu yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte sabitli bir şekilde sabitlenmiş bir şekilde yapılır.
Sertleştirilmiş Ağ-on-Chip Mimarlık
Ada tarzı çağının en önemli mimari değişimi, ölüler ve fiziksel kanallarla tamamen yumuşak bir şekilde bağlantı kurmasını sağlayan geleneksel programlanabilir routingden farklı olarak, bilgisayar destekli veri kontrol cihazları ve yüksek çözünürlükte bulunan bilgisayar destekli veri sistemleri ile ilgili temel bilgileri içeren bir paket-sif ağ sağlar.
Performans ve Güç Optimizasyonu
Interconnect teknolojisi evrimi doğrudan elektronik sistemlerde iki kritik ölçüme etkiler: hız ve enerji verimliliği.Geçmiş ölçeklendirme işlemi ham transistör performansı sağlarken, interconnect bu hızın aşırı güç tüketimi olmadan etkili bir şekilde kullanılabileceğini belirler. Modern FPGAs, ASICs ile dikkat çekme mimarisi tasarımı ve gelişmiş araç optimizasyonu ile boşluğu daraltmıştır.
Timing Gap'i kapat
Her bir routing mimarisi, tarihsel olarak FPGA'lar ASIC'lerden daha yavaş hale getirilen gecikmeleri azalttı.Dönemli taşıma sistemleri, esnek bir transistmetic operasyonlarına ihtiyaç duyan, eksor ve multiplierse tam işlem hızıyla birlikte çalışmalarını azalttı.Gbps bloklar, sinyal işleme zincirlerinde binlerce rotayı güçlendirerek, 10 hızlı trenle birlikte, tüm hızlarda 10 kat daha fazla hıza destek veren 10 adet veri kesintiye uğratabiliyor.
Interconnect Power Re
Yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüzde 50'yi aşan, bu dağıtımsız geçiş yapan bazı FPGA aileleri artık, sabit bağlantı noktalarına göre hızlanan enerjileri azaltıp, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan ve sürekli olarak yeniden yapılandırmaya olanak sağlar.
Uygulama-Driven Interconnect Talepleri
Geliştirilen interconnect yetenekleri, yeniden yapılandırılabilirlik ve yüksek aktarım alanlarının her iki kritik olduğu yeni uygulama alanlarının kilidini açmaları gerektiği anlamına gelmiyor.Bu sistemlerde, interconnect, sadece bir sistem performansı ve esnekliğin birincil olanaklarından biridir.
Data Center Acceleration and Smart NICs
Bulut sağlayıcıları ağ fonksiyonu hızlandırma, arama sıralaması ve şifreleme yükleri için FPGA'ları dağıtıyor.Bu uygulamalarda, Interconnecting çoklu 100G Ethernet limanlarını doğrudan kumaşa bağlı olarak, paket işleme boru hatlarına yem sağlayan transceiversal şeritler için gerçek zamanlı olarak genişletilmelidir.
5G ve O-RAN Altyapısı
5G ağlarının yuvarlanması, DSP blokları ve transceivers arasındaki büyük dijital sinyal işlemesini talep ediyor, JESD204B / C seri bağlantıları doğrudan geniş bantlı RF veri dönüştürücüleri ile bağlantı kuruyor, kanal genişliğini 400 MHz'e kadar destekler. programlanabilir routing dinamik kaynak dağılımını DSP blokları ve transceivers. FPGA'nin sabit disko birimleri ile donatılmış ve VBMD'nin sabit diskolarını kullanarak gelişmiş hale getiriyor.
Edge AI Inference
Edge AI inference paralel hesaplama ve verimli veri hareketi dengesi gerektirir. FPGAs, bağlantının yalnızca aktif bağlantıların kullandığı sinir ağları ve AI modellerinin geliştiği, FPGA'nın her yeni topoloji için optimize edilmiş bir bağlantı modeli ile yeniden yapılandırılabilir.
Persistent Design Challenges
On yıllar süren ilerlemeye rağmen, bağlantı tasarımı inovasyonu kullanmaya devam eden temel fiziksel ve ekonomik zorluklarla karşı karşıyadır. Süreç geometrileri küçültülüyor, bağlantı gecikme ve güç tüketimi, malzeme, mimarlık ve tasarım araçlarında sürekli ilerlemeler gerektiren faktörler haline gelir.
Signal Integrity in High Frequencies
İyi-geometri süreçleri, metal tellerin yoğunluğu ve eleştirel ağların yakınlaşması, hassas saatler için diferansiyel sinyalleme ve üst metal tabakalarda agresif zemin düzlemleri uygulama. yüksek hızlı seri hızlama teknikleri, sürekli olarak eşitleme ve karar geri bildirim gibi doğrulama teknikleri, yüksek çözünürlükteki tüm temel yapıların tümünde kullanılan temel bilgileri kullanarak kapatmaları gerekir.
Termal Yoğunluk ve Yönetim
Yüksek çözünürlükte geçiş faaliyetleri, ısı bataklığı ve zorla hava akışı ile karşılaştırılabilir ısı dağılımını sağlayabilir. Standart paketler arasındaki ısı kontrol araçlarına eşit olarak denge sağlayan, ısıtılmış elektrik dağıtımını sağlayan, ısıtımı gerektiren ısı akışlarını azaltılabilir.
Gelişen Yollar
Sonraki on yıl, optik entegrasyon, üç boyutlu paketleme ve kablosuz teknolojiler olgunlaşan FPGA interconnects için dönüştürücü değişiklikler getirecek.Bu gelişmeler, çip ve kapalı iletişim arasındaki sınırları yeniden tanımlayacaktır, bu tür ölçeklenebilirlik ve yeniden yapılandırılabilirlik sağlar.
Silikon Fotonikleri ve Optik Routing
Elektrik interconnects, elektrik sinyalleri ışıkla yerine getirerek, daha düşük güçle çok yönlü veri oranlarına sahip olabilir, araştırmacılar elektriksel modülasyonlar, optik sistemler ve dalga kılavuzları ile entegre edilebilirler ve PIP programına entegre edilebilirler gibi bir sonraki trans-operasyonlar için kullanılan bir veri kümesinde otomatikleştirilmiş veri paketleri kullanarak veri kümesine sahip olabilir.
3D Heterojen Bütünleşme
DSP motorlarla veya AI hızlandırıcılarıyla birlikte çiplerin ayarlanması ve devre dışı kalması için birden fazla değişkenli bağlantının oluşturulmasına izin veriyor.In-die interconnecting-based design exemplify this approach.In a 3DFPGA, bir temelin iki uçlu özelliği ile birlikte ayarlanan devreleri içeren bir temel ayarlama işlemine izin veriyor.
Kablosuz Interconnects ve Chiplet Ekosystems
Daha spekülatif bir yön, kablosuz radyo-frezetlerin bir çip içinde bağlantı kurmasıdır. Miniature antenler silikon substratı üzerinde kumaşlanmış olan verileri fiziksel teller olmadan çoklu çiplere yayınlayabilir, tıkanıklık ve bağlantı kurma ve yönlendirmeye devam ederken, müdahale yönetimi ve güç verimliliğindeki zorluklar devam edecektir, FPGA ile birlikte esnek bağlantı kurma felsefesi ile uyumlu bağlantı kurmaca ve UCIe gibi evrensel bağlantı standartlarının oluşturulması gibi bir araya gelebilir.
FPGA interconnect teknolojilerinin evrimi, düşük hızlı yapıştırıcı mantığının düşük performanslı uygulamalardaki zorlukların ASIC'lerin yüksek performanslı uygulamaları üzerindeki zorluklarına yol açtı ve tahmin edilebilirlik, FPGA'ların veri merkezlerinde, kablosuz altyapıya, ve kenar AI'ya hizmet etmesini sağlayan temel zorluklara yol açtı.