مصفوفة كائنات قابلة للبرمجة ميدانيًا

مصفوفة الكائنات القابلة للبرمجة الميدانية ( FPOA ) هي فئة من أجهزة المنطق القابلة للبرمجة، مصممة للتعديل أو البرمجة بعد التصنيع. صُممت هذه المصفوفة لسد الفجوة بين الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC ) ومصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA). تحتوي على شبكة من كائنات السيليكون القابلة للبرمجة. تتضمن مجموعة Arrix من مصفوفات FPOA ثلاثة أنواع من كائنات السيليكون: وحدات الحساب والمنطق (ALUs)، وملفات التسجيل (RFs)، ووحدات الضرب والتجميع (MACs). كل من الكائنات والوصلات البينية قابلة للبرمجة .

صُمم هذا الجهاز لسد الفجوة بين مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) والدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs). وكان الهدف من التصميم هو الجمع بين قابلية برمجة FPGAs وأداء ASICs. فرغم قابلية برمجة FPGAs، إلا أنها تفتقر إلى الأداء؛ إذ لا يمكن تشغيلها إلا بتردد بضع مئات من الميغاهرتز ، ومعظمها يعمل بتردد أقل من 100  ميغاهرتز. كما أنها لا توفر توقيتًا محددًا، ويعتمد تردد التشغيل الأقصى على التصميم. أما ASICs، فقد قدمت أداءً جيدًا، لكنها غير قابلة للتعديل ومكلفة للغاية. يتميز جهاز FPOA ببنية قابلة للبرمجة، وتوقيت محدد، وأداء يصل إلى غيغاهرتز. وقد صممه دوغلاس بيل، الذي راودته هذه الفكرة أثناء عمله على مشروع ممول من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) . ^{[ 1 ]} أسس شركة MathStar في عام 1997 لتصنيع FPOA وتم تسجيل براءة اختراع الفكرة في عام 2004. تم صنع النماذج الأولية الأولى لـ FPOA في عام 2005 وتم تصنيع الدفعة الأولى من رقائق FPOA في عام 2006. ^{[ 2 ]}

تتكون وحدات FPOA من شبكة أساسية من مكونات السيليكون أو المكونات الأساسية. ترتبط هذه المكونات عبر وصلات متزامنة. يحتوي كل مكون أساسي أيضًا على هياكل داعمة لمزامنة الساعة، واختبار BIST، وما شابه. تُحاط النواة بدوائر طرفية تحتوي على ذاكرة ووحدات إدخال/إخراج. تربط دوائر واجهة المكونات ببقية وحدة FPOA. يختلف العدد الدقيق لكل نوع من المكونات وترتيبها باختلاف العائلة. يوجد نوعان من الاتصال: اتصال أقرب عضو واتصال "الخط المشترك". يُستخدم اتصال أقرب عضو لربط مكون أساسي بأقرب مكون أساسي، بينما يُستخدم اتصال الخط المشترك لربط المكونات البعيدة. يوجد 8 وصلات اتصال أقرب جار لكل مكون، مما يوفر سرعة نقل بيانات تبلغ قفزة واحدة لكل مكون في كل دورة ساعة. يوجد 10 وصلات اتصال خط مشترك لكل مكون، مما يوفر سرعة نقل بيانات تبلغ أربع قفزات لكل مكون في كل دورة ساعة. ^{[ 3 ]}

يمكن استخدام مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPOAs) في أي مكان تقريبًا يُستخدم فيه مصفوف البوابات المنطقية القابلة للبرمجة ( FPGA)، وعلى نطاق واسع في جميع مهام تسريع الأجهزة ، بما في ذلك معالجة الإشارات الرقمية ، والتصوير الطبي، ورؤية الحاسوب، والتعرف على الكلام ، والتشفير، والمعلوماتية الحيوية ، ومحاكاة أجهزة الحاسوب ، والفضاء . ونظرًا لأن مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPOAs) مبنية حول مكونات سيليكونية سريعة ومحسّنة، فإنها توفر أداءً أعلى في تصحيح أخطاء المجال المسطح ، وحساب تحويل فورييه السريع ، والتصوير الطبي ، ورؤية الآلة ، وتشفير الصور وفك تشفيرها ، وتشفير الفيديو وفك تشفيره، وتسريع الذكاء الاصطناعي ، على سبيل المثال لا الحصر. ^{[ 4 ]}

في تقنية FPOA، نعمل على مستوى مكونات السيليكون، وهو مستوى أعلى من مستوى البوابات المستخدمة في FPGA. هذا يُسهّل عملية التعلم ويُسرّع عملية التطوير. تتم البرمجة بلغة System C. دعمت برامج تصميم FPOA عائلة Arrix التي صدرت عام 2006، مما مكّن المصممين من إنشاء خوارزمياتهم والتحقق منها وبرمجتها وتصحيح أخطائها على الأجهزة. استُخدمت أداة Visual Elite من Summit Design لمحاكاة السلوك. قدّمت أداة COAST (أداة الاتصال والتخصيص) من MathStar بيئة رسومية لتخطيط وتوزيع المكونات، حيث تُجمّع إلى رمز وسيط يُطابق موارد الأجهزة. يُنشئ مُجمّع الكائنات الملف المراد تحميله في FPGA. ^{[ 5 ]} في عام 2007، أبرمت MathStar شراكة مع Mentor Graphics، واستخدمت الإصدارات اللاحقة محرر Visual Elite من Mentor Graphics لمحاكاة السلوك والتحقق الوظيفي. ^{[ 6 ]} قدّمت FPOAs أيضًا مكتبة IP أساسية، وشمل شركاء الملكية الفكرية متخصصين في سوق الفيديو وسوق رؤية الآلة.

لم تحقق شركة ماث ستار، منتجة أجهزة FPOAs، أي أرباح، وقررت إيقاف الإنتاج في مايو 2008. ^{[ 7 ]} اندمجت ماث ستار مع شركة ساجان في عام 2010، واستحوذت ساجان بذلك على براءات اختراع ماث ستار، بما في ذلك براءات اختراع أجهزة FPOAs. في نوفمبر 2011، باعت ساجان العديد من براءات اختراع ماث ستار، بما في ذلك بعض براءات اختراع أجهزة FPOAs، إلى شركة OLK Grun GmbH. ^{[ 8 ]}