Le FPGA (Field Programmable Gate Array) est un circuit intégré à semi-conducteurs dans lequel la fonctionnalité électrique est personnalisée pour accélérer les charges de travail essentielles.

Le FPGA est un circuit intégré à semi-conducteurs dont une grande partie de la fonctionnalité électrique peut être modifiée par l'ingénieur concepteur, pendant le processus d'assemblage de circuits imprimés ou même après l'expédition de l'équipement aux clients sur le « terrain ».

Les appareils SoC FPGA intègrent les architectures de processeur et de FPGA dans un seul appareil.

L'intégration de la fonctionnalité de gestion de haut niveau des processeurs et des opérations rigoureuses en temps réel, du traitement extrême des données ou des fonctions d'interface d'un FPGA (Field Programmable Gate Array) dans un seul appareil permet d'obtenir une plateforme informatique embarquée encore plus puissante.

Par conséquent, ils offrent une meilleure intégration, une faible puissance, une taille de carte réduite et une communication à bande passante plus élevée entre le processeur et le FPGA. Ils disposent également de nombreux périphériques, d'une mémoire sur puce, d'un réseau logique de type FPGA et d'émetteurs-récepteurs à haut débit.

Flexibilité

La fonctionnalité du FPGA peut changer à chaque mise sous tension de l'appareil.

Accélération

Mettez vos produits sur le marché plus rapidement et/ou augmentez les performances de votre système.

Intégration

Les FPGA d'aujourd'hui comprennent des processeurs intégrés, des E/S d'émetteur-récepteur à 28 Gbit/s (ou plus), des blocs de RAM, des moteurs DSP, etc.

Coût de propriété total

Bien que les ASIC puissent coûter moins cher par unité qu'un FPGA équivalent, leur construction nécessite des dépenses extraordinaires (NRE), des outils logiciels coûteux, des équipes de conception spécialisées et de longs cycles de fabrication.

Les processeurs des SoC FPGA peuvent être « durs » ou « soft ». Les processeurs durs sont mis en œuvre dans la logique de silicium fixe du SoC FPGA, comme les émetteurs-récepteurs série. Sur les SoC FPGA, en revanche, le processeur est entouré d'une logique programmable que vous pouvez utiliser pour des fonctions personnalisées ou spécifiques à une application. Les processeurs durs offrent des performances supérieures à celles des processeurs soft, en fonction de facteurs tels que l'architecture du processeur, la fréquence d'horloge et la gravure. Comme leur nom l'indique, les fonctionnalités des processeurs durs sont fixes et ne sont généralement proposées qu'en tant que variante d'un SoC FPGA spécifique. Le nombre et le type de processeurs durs présents dans un SoC FPGA sont également fixés en fonction de ce SoC FPGA. Altera® propose des processeurs matériels dans les familles FPGA SoC Intel® Stratix® 10, FPGA SoC Intel® Arria® 10, FPGA SoC Arria® V, et FPGA SoC Cyclone® V.

Les processeurs logiciels, tel que le processeur Nios® II, sont mis en œuvre dans une logique programmable, utilisent des ressources sur puce comme les éléments logiques, les multiplicateurs et la mémoire, et peuvent être instanciés dans presque toutes les familles de FPGA. Les performances et le coût d'un processeur soft dépendent essentiellement du FPGA dans lequel le processeur est instancié, mais ils sont généralement inférieurs à ceux des processeurs durs. Le nombre de processeurs soft qui peuvent être instanciés dans un seul appareil n'est limité que par les ressources de cet appareil (c'est-à-dire sa logique et sa mémoire). Les FPGA à haute densité, par exemple, peuvent contenir des centaines de processeurs soft. De même, différents types de processeurs soft peuvent être mis en œuvre : 16 ou 32 bits, optimisés pour les performances, optimisés pour la zone logique, etc. Vous pouvez décider de faire évoluer vos processeurs soft vers des processeurs durs en passant aux réseaux de portes ou aux circuits cellulaires. Un ou plusieurs processeurs soft peuvent également être utilisés dans la partie FPGA d'un SoC FPGA.

Il existe de nombreuses façons d'utiliser les FPGA dans un système embarqué. Les exemples les plus courants sont :

  • Extension des E/S et des périphériques : ajoutez des périphériques absents de votre processeur actuel, tels que des contrôleurs LCD ou de mémoire, ou augmentez le nombre de canaux d'E/S dans votre système en ajoutant des ports Ethernet, d'E/S à usage général (GPIO) ou UART.
  • Co-traitement : améliorez les performances du système en déplaçant les algorithmes de calcul intensif du logiciel s'exécutant sur un processeur vers le matériel du FPGA. Les applications de traitement des signaux, des images et des paquets améliorent considérablement leurs performances lorsqu'elles sont exécutées sur le matériel plutôt que sur le logiciel.
  • Contrôleur embarqué personnalisé : vous décidez des processeurs, des périphériques, des interfaces, des canaux d'accès direct à la mémoire (DMA) et des mémoires à intégrer dans votre contrôleur embarqué personnalisé (et de leur nombre).
  • Multiprocesseur : accélérez le développement de vos logiciels, renforcez la fiabilité du code et améliorez la maintenabilité en répartissant les tâches sur plusieurs processeurs. Vous pouvez concevoir un système multiprocesseur comme un système personnalisé dans un seul FPGA ou pour renforcer un processeur externe ou un processeur de signaux numériques.

Les processeurs des SoC FPGA peuvent être « durs » ou « soft ». Les processeurs durs sont mis en œuvre dans la logique de silicium fixe du SoC FPGA, comme les émetteurs-récepteurs série. Sur les SoC FPGA, en revanche, le processeur est entouré d'une logique programmable que vous pouvez utiliser pour des fonctions personnalisées ou spécifiques à une application. Les processeurs durs offrent des performances supérieures à celles des processeurs soft, en fonction de facteurs tels que l'architecture du processeur, la fréquence d'horloge et la gravure. Comme leur nom l'indique, les fonctionnalités des processeurs durs sont fixes et ne sont généralement proposées qu'en tant que variante d'un SoC FPGA spécifique. Le nombre et le type de processeurs durs présents dans un SoC FPGA sont également fixés en fonction de ce SoC FPGA. Altera® propose des processeurs matériels dans les familles FPGA SoC Intel® Stratix® 10, FPGA SoC Intel® Arria® 10, FPGA SoC Arria® V, et FPGA SoC Cyclone® V.

Les processeurs logiciels, tel que le processeur Nios® II, sont mis en œuvre dans une logique programmable, utilisent des ressources sur puce comme les éléments logiques, les multiplicateurs et la mémoire, et peuvent être instanciés dans presque toutes les familles de FPGA. Les performances et le coût d'un processeur soft dépendent essentiellement du FPGA dans lequel le processeur est instancié, mais ils sont généralement inférieurs à ceux des processeurs durs. Le nombre de processeurs soft qui peuvent être instanciés dans un seul appareil n'est limité que par les ressources de cet appareil (c'est-à-dire sa logique et sa mémoire). Les FPGA à haute densité, par exemple, peuvent contenir des centaines de processeurs soft. De même, différents types de processeurs soft peuvent être mis en œuvre : 16 ou 32 bits, optimisés pour les performances, optimisés pour la zone logique, etc. Vous pouvez décider de faire évoluer vos processeurs soft vers des processeurs durs en passant aux réseaux de portes ou aux circuits cellulaires. Un ou plusieurs processeurs soft peuvent également être utilisés dans la partie FPGA d'un SoC FPGA.

Il existe de nombreuses façons d'utiliser les FPGA dans un système embarqué. Les exemples les plus courants sont :

  • Extension des E/S et des périphériques : ajoutez des périphériques absents de votre processeur actuel, tels que des contrôleurs LCD ou de mémoire, ou augmentez le nombre de canaux d'E/S dans votre système en ajoutant des ports Ethernet, d'E/S à usage général (GPIO) ou UART.
  • Co-traitement : améliorez les performances du système en déplaçant les algorithmes de calcul intensif du logiciel s'exécutant sur un processeur vers le matériel du FPGA. Les applications de traitement des signaux, des images et des paquets améliorent considérablement leurs performances lorsqu'elles sont exécutées sur le matériel plutôt que sur le logiciel.
  • Contrôleur embarqué personnalisé : vous décidez des processeurs, des périphériques, des interfaces, des canaux d'accès direct à la mémoire (DMA) et des mémoires à intégrer dans votre contrôleur embarqué personnalisé (et de leur nombre).
  • Multiprocesseur : accélérez le développement de vos logiciels, renforcez la fiabilité du code et améliorez la maintenabilité en répartissant les tâches sur plusieurs processeurs. Vous pouvez concevoir un système multiprocesseur comme un système personnalisé dans un seul FPGA ou pour renforcer un processeur externe ou un processeur de signaux numériques.

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