مصفوفة تناظرية قابلة للبرمجة ميدانيًا

الموسوعة الحرة

مصفوفة الدوائر التناظرية القابلة للبرمجة الميدانية ( FPAA ) هي جهاز دائرة متكاملة يحتوي على وحدات تناظرية حسابية (CABs) [ 1 ] [ 2 ] ووصلات بين هذه الوحدات، مما يتيح إمكانية برمجتها ميدانيًا . على عكس نظيرتها الرقمية ، FPGA ، تميل هذه الأجهزة إلى أن تكون موجهة نحو التطبيقات أكثر من كونها للأغراض العامة، حيث يمكن أن تكون أجهزة تعمل بنمط التيار أو بنمط الجهد. بالنسبة لأجهزة نمط الجهد، تحتوي كل وحدة عادةً على مضخم عملياتي بالإضافة إلى تكوين قابل للبرمجة للمكونات السلبية. يمكن لهذه الوحدات، على سبيل المثال، أن تعمل كمجمعات أو مكاملات .

تعمل مصفوفات FPAA عادةً في أحد الوضعين: الوقت المستمر والوقت المنفصل .

  • تحتوي الأجهزة ذات الزمن المتقطع على ساعة أخذ عينات للنظام . في تصميم المكثف المُبدَّل ، تقوم جميع الوحدات بأخذ عينات من إشارات دخلها باستخدام دائرة أخذ عينات وتثبيت تتكون من مفتاح شبه موصل ومكثف. تُغذي هذه الدائرة قسم مكبر عمليات قابل للبرمجة ، والذي يمكن توجيهه إلى عدد من الوحدات الأخرى. يتطلب هذا التصميم بنية شبه موصلة أكثر تعقيدًا . أما تصميم التيار المُبدَّل البديل، فيوفر بنية أبسط ولا يتطلب مكثف دخل، ولكنه قد يكون أقل دقة، وله عدد أقل من المخارج - حيث يمكنه تشغيل وحدة واحدة فقط. يجب على كلا نوعي الأجهزة ذات الزمن المتقطع التعويض عن ضوضاء التبديل، والتشويه عند معدل أخذ عينات النظام، وعرض النطاق الترددي المحدود بمعدل أخذ العينات، خلال مرحلة التصميم.
  • تعمل الأجهزة ذات الزمن المستمر بشكل مشابه لمصفوفة من الترانزستورات أو مكبرات العمليات التي يمكنها العمل بكامل نطاق ترددها . يتم توصيل المكونات بترتيب معين عبر مصفوفة قابلة للتهيئة من المفاتيح. أثناء تصميم الدائرة ، يجب مراعاة الحث الطفيلي والسعة الكهربائية والضوضاء لمصفوفة المفاتيح .

يوجد حاليًا عدد قليل جدًا من مصنعي الدوائر المتكاملة القابلة للبرمجة (FPAAs). ولا تزال الموارد المتاحة على الشريحة محدودة للغاية مقارنةً بموارد الدوائر المتكاملة القابلة للبرمجة (FPGAs). وكثيرًا ما يشير الباحثون إلى هذا النقص في الموارد كعامل مُقيِّد في أبحاثهم.

تاريخ

يستخدم جهاز LYAPUNOV-1 شبكة 4x8 من رقائق FPAA.

استُخدم مصطلح FPAA لأول مرة عام 1991 من قِبل لي وجولاك. [ 3 ] وقد طرحا مفهوم وحدات CAB المتصلة عبر شبكة توجيه والمُهيأة رقميًا. لاحقًا، في عامي 1992 و1995 [ 4 ] ، قاما بتطوير المفهوم بإضافة مُضخّمات العمليات والمكثفات والمقاومات. صُنعت هذه الشريحة الأصلية باستخدام تقنية CMOS بدقة 1.2 ميكرومتر، وتعمل في نطاق 20 كيلوهرتز باستهلاك طاقة 80 ميلي واط.   

مع ذلك، يعود مفهوم المصفوفة التناظرية القابلة للتخصيص من قِبل المستخدم إلى ما قبل ذلك بعشرين عامًا، إلى شريحة "Monochip" التناظرية القابلة للبرمجة باستخدام القناع، والتي ابتكرها هانز كامينزيند، مصمم شريحة المؤقت 555 الشهيرة، وشركته Interdesign (التي استحوذت عليها شركة Ferranti لاحقًا عام 1977). شكلت شريحة Monochip أساسًا لسلسلة رائدة من الشرائح لأجهزة توليف الموسيقى، والتي باعتها شركة Curtis Electromusic (CEM). [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

قدّم بيرزشالا وآخرون مفهومًا مشابهًا يُسمى الدائرة التناظرية القابلة للبرمجة إلكترونيًا ( EPAC ). [ 9 ] وقد احتوى هذا المفهوم على مُكامل واحد فقط. ومع ذلك، فقد اقترحوا بنية ربط محلية لمحاولة تجنب قيود عرض النطاق الترددي.

تم تقديم معالج الإشارات التناظرية القابل لإعادة التكوين ( RASP ) وإصدار ثانٍ منه في عام 2002 من قِبل هول وآخرون [ 10 ] [ 11 ]. تضمن تصميمهم عناصر عالية المستوى مثل مرشحات تمرير النطاق من الدرجة الثانية ومضاعفات مصفوفة المتجهات 4×4 في وحدات CAB. ونظرًا لبنيته، فهو محدود بتردد حوالي 100  كيلوهرتز، ولا تدعم الشريحة نفسها إعادة التكوين المستقل.

في عام 2004، تناول يواكيم بيكر التوصيل المتوازي لمضخمات التوصيل التشغيلي (OTAs) واقترح استخدامه في بنية توصيل محلية سداسية. [ 12 ] لم يتطلب ذلك شبكة توجيه، كما أنه ألغى الحاجة إلى تبديل مسار الإشارة، مما حسّن استجابة التردد.

في عام 2005، تعاون فابيان هنريسي مع يواكيم بيكر لتطوير مضخم تشغيلي قابل للتبديل والعكس، مما ضاعف عرض النطاق الترددي الأقصى لمضخم FPAA. [ 13 ] وقد أسفر هذا التعاون عن إنتاج أول مضخم FPAA مصنّع بتقنية CMOS 0.13  ميكرومتر .

في عام 2016، صممت الدكتورة جينيفر هاسلر من معهد جورجيا للتكنولوجيا نظام FPAA على شريحة يستخدم تقنية تناظرية لتحقيق تخفيضات غير مسبوقة في استهلاك الطاقة والحجم. [ 14 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هول، تايسون؛ تويغ، كريستوفر؛ هاسلر، بول؛ أندرسون، ديفيد (2004). "أداء التطبيقات للعناصر في مصفوفة FPAA ذات البوابة العائمة". ندوة IEEE الدولية للدوائر والأنظمة لعام 2004 (رقم تصنيف IEEE: 04CH37512) . الصفحات 589-592 . doi : 10.1109/ISCAS.2004.1329340 . ISBN  0-7803-8251-X. S2CID 17212868 . 
  2. ↑ باسكايا، ف.؛ ريدي، س.؛ سونغ، كيو ليم؛ أندرسون، د. ف. (أغسطس 2006). " تحديد مواقع المصفوفات التناظرية القابلة للبرمجة الميدانية ذات البوابات العائمة واسعة النطاق" . معاملات IEEE لأنظمة التكامل واسع النطاق جدًا (VLSI) . 14 ( 8): 906-910 . doi : 10.1109/TVLSI.2006.878477 . S2CID 16583629 . 
  3. ↑ إي كي إف لي؛ بي جي غولاك (ديسمبر 1991). "مصفوفة تناظرية قابلة للبرمجة ميدانيًا بتقنية CMOS". مجلة IEEE للدوائر المتكاملة . 26 (12): 1860-1867 . Bibcode : 1991IJSSC..26.1860L . doi : 10.1109/4.104162 . S2CID 5323561 . 
  4. ↑ لي، إي كي إف؛ غولاك، بي جي (1995). "مصفوفة تناظرية قابلة للبرمجة ميدانيًا تعتمد على ناقل التوصيل". وقائع مؤتمر ISSCC '95 - المؤتمر الدولي للدوائر المتكاملة . الصفحات 198-199 . doi : 10.1109/ISSCC.1995.535521 . ISBN  0-7803-2495-1. S2CID 56613166 . 
  5. ↑ مصفوفة. "صور لرقائق CEM تالفة" . تم الاسترجاع بتاريخ 27-03-2025 .
  6. ↑ "شركة إنترديزاين" . موسوعة سينث دي آي واي . 2017-05-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-03-27 .
  7. ↑ tluong (2012-09-21). "هانز كامينزيند: تذكر "ساحر التناظرية""" . CHM . تم الاسترجاع في 27-03-2025 .
  8. ↑ "الصفحة الرئيسية" . كورتيس إلكتروميوزيك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-03-2025 .
  9. ↑ بيرزكالا، إي.؛ بيركوفسكي، إم. إيه.؛ فان هالين، بي.؛ شومان، آر. (1995). "مضخم/مكامل نمط التيار لمصفوفة تناظرية قابلة للبرمجة ميدانيًا". وقائع مؤتمر ISSCC '95 - المؤتمر الدولي للدوائر المتكاملة ذات الحالة الصلبة . الصفحات 196-197 . doi : 10.1109/ISSCC.1995.535520 . ISBN  0-7803-2495-1. S2CID 60724962 . 
  10. ↑ هول، تايسون س.؛ هاسلر، بول؛ أندرسون، ديفيد ف. (2002). "المصفوفات التناظرية القابلة للبرمجة الميدانية: منهج البوابات العائمة". المصفوفات التناظرية القابلة للبرمجة الميدانية: منهج البوابات العائمة . سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد 2438. الصفحات 424-433 . doi : 10.1007/3-540-46117-5_45 . hdl : 1853/5071 . ISBN   978-3-540-44108-3. S2CID 596774 . 
  11. ↑ هول، تي إس؛ تويغ، سي إم؛ غراي، جيه دي؛ هاسلر، بي؛ أندرسون، دي في (2005). "مصفوفات تناظرية قابلة للبرمجة ميدانيًا واسعة النطاق لمعالجة الإشارات التناظرية". معاملات IEEE في الدوائر والأنظمة I: أوراق بحثية عادية . 52 (11): 2298-2307 . doi : 10.1109/TCSI.2005.853401 . S2CID 1148361 . 
  12. ↑ "مصفوفة تناظرية قابلة للبرمجة ميدانيًا تعمل في الوقت المستمر (FPAA) تتكون من خلايا GM قابلة لإعادة التكوين رقميًا". CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . 
  13. ↑ "مصفوفة تناظرية سداسية قابلة للبرمجة ميدانيًا تعمل في زمن مستمر بتقنية CMOS 0.13 ميكرومتر مع عرض نطاق ترددي 186 ميجاهرتز". CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . 
  14. ↑ سوما جورج؛ سيهوان كيم؛ ساهيل شاه؛ جينيفر هاسلر؛ ميشيل كولينز؛ فرحان عادل؛ ريتشارد ونديرليش؛ ستيفن نيس؛ شوبا راماكريشنان (يونيو 2016). "نظام على شريحة قابل للبرمجة والتكوين مختلط الوضع FPAA". معاملات IEEE لأنظمة التكامل واسع النطاق جدًا (VLSI) . 24 (6): 2253-2261 . doi : 10.1109/TVLSI.2015.2504119 . S2CID 14027246 .