iCE (FPGA)

iCE هو الاسم التجاري لعائلة من مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) منخفضة الطاقة، من إنتاج شركة Lattice Semiconductor . تُسوَّق أجزاء هذه العائلة تحت شعار "أصغر مصفوفة بوابات منطقية قابلة للبرمجة ميدانيًا في العالم"، وهي مُصممة للاستخدام في الأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطاريات (مثل الهواتف المحمولة )، ^{[ 1 ]} حيث تُستخدم لتخفيف العبء عن المعالج الرئيسي للجهاز أو نظامه المتكامل . وبذلك، يُمكن للمعالج الرئيسي وملحقاته الدخول في وضع استهلاك منخفض للطاقة أو إيقاف تشغيلها تمامًا، مما قد يُطيل عمر البطارية.

استحوذت شركة Lattice على العلامة التجارية iCE كجزء من استحواذها على شركة SiliconBlue Technologies في عام 2011.

استُخدمت علامة iCE التجارية في الأصل من قِبل شركة SiliconBlue Technologies Corporation ، وهي شركة تصميم دوائر متكاملة سابقة مقرها سانتا كلارا، كاليفورنيا . تأسست SiliconBlue كشركة ناشئة عام 2005 على يد موظفين سابقين في شركات Actel و AMD وLattice و Monolithic Memories و Xilinx . ^{[ 2 ] [ 3 ]} وكان أبرز مؤسسيها جون بيركنر ، أحد مخترعي منطق المصفوفات القابلة للبرمجة . ^{[ 4 ]}

في عام 2006، حصلت شركة SiliconBlue على تمويل بقيمة 16 مليون دولار أمريكي في جولة التمويل "Series A" ، ^{[ 5 ]} وفي يونيو 2008 أعلنت عن سلسلة أجهزة iCE65 L. وكان من المقرر تصنيع هذه الأجهزة باستخدام تقنية CMOS 65 نانومتر من TSMC ، والتي زعمت SiliconBlue أنها ستوفر استهلاكًا أقل للطاقة مقارنةً بمعالجات FPGA المعاصرة من الشركات المصنعة الأخرى. ^{[ 6 ]} وفي أكتوبر 2008، جمعت SiliconBlue مبلغًا إضافيًا قدره 24 مليون دولار أمريكي في جولة التمويل " Series B" . ^{[ 5 ]}

في عام ٢٠٠٩، تم شحن أولى أجهزة iCE65 L إلى العملاء. ^{[ ٧ ]} كما سجلت شركة SiliconBlue شركة SiliconBlue Technologies (Hong Kong) Limited ، التي لا تزال شركة تابعة لشركة Lattice Semiconductor. ^{[ ٨ ] [ ٩ ]}

في عام 2010، أعلنت شركة سيليكون بلو عن إطلاق الفئة الأقل سعرًا من أجهزة iCE65 P. وزُعم أن هذه الأجهزة أسرع بنسبة تصل إلى 30% من أجهزة iCE65 L مع الحفاظ على استهلاك مماثل للطاقة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} وفي يونيو من العام نفسه، اختتمت سيليكون بلو جولة تمويل من الفئة C بقيمة 15 مليون دولار. ^{[ 12 ]}

في أبريل 2011، أعلنت شركة سيليكون بلو عن إطلاقها لعائلتين جديدتين من المنتجات، تحملان الاسم الرمزي "لوس أنجلوس" و"سان فرانسيسكو"، باستخدام تقنية تصنيع TSMC بدقة 40 نانومتر . ^{[ 13 ]} وتأكد إنتاج الأجهزة بتقنية 40 نانومتر في يونيو 2011، عندما حصلت سيليكون بلو على تمويل بقيمة 18 مليون دولار أمريكي ضمن جولة التمويل من الفئة "د" لطرح أجهزة 40 نانومتر في السوق. ^{[ 14 ] [ 15 ]} وتم إطلاق عائلة منتجات iCE40 رسميًا في يوليو 2011. ^{[ 16 ]}

في 9 ديسمبر 2011، استحوذت شركة لاتيس سيميكونداكتور على شركة سيليكون بلو تكنولوجيز في صفقة شراء نقدية بقيمة 63.2 مليون دولار. وكجزء من هذه الصفقة، حصلت لاتيس على العلامة التجارية iCE، وقدرات التصنيع مع شركة TSMC، وترخيص لعدد من براءات الاختراع من شركة كيلوباس تكنولوجيز، بما في ذلك تقنية ذاكرة XPM القابلة للبرمجة لمرة واحدة (OTP). ^{[ 17 ] : 15، 8، 11}

في أبريل 2012، أعلنت شركة لاتيس عن إيقاف إنتاج عائلة iCE65. ^{[ 18 ]} ودخلت عائلتي أجهزة iCE40 LP وHX مرحلة الإنتاج الكمي في الشهر التالي. ^{[ 19 ]} وفازت عائلة iCE40 LP بجائزة إليكترا ديجيتال لأشباه الموصلات لمنتج العام 2012. ^{[ 20 ]}

في يوليو 2014، تم الإعلان عن عائلة iCE40 Ultra. ^{[ 21 ]}

في فبراير 2015، أطلقت شركة لاتيس عائلة أجهزة iCE40 UltraLite. وتزعم الشركة أن أجهزة هذه العائلة تعمل باستهلاك طاقة أقل بنسبة 30% من أجهزة منافسين لم يتم تحديدهم، كما تزعم أنها أصغر وحدات FPGA في العالم، حيث تتوفر في عبوات بحجم 1.4×1.4 مم . ^{[ 22 ]} وقد فازت هذه العائلة بجائزة منتج العام لأشباه الموصلات الرقمية من إلكترا لعام 2015. ^{[ 23 ]}

في ديسمبر 2016، أطلقت شركة Lattice عائلة أجهزة iCE40 UltraPlus. توفر أجهزة UltraPlus ذاكرة إضافية، وعناصر معالجة إضافية، ودعمًا لواجهات وبروتوكولات أحدث مقارنةً بأجهزة iCE40 Ultra/UltraLite السابقة. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

تُبنى أجهزة iCE65 و iCE40 على شكل مصفوفة من وحدات المنطق القابلة للبرمجة (PLBs)، حيث تتكون وحدة PLB من ثماني خلايا منطقية . تتألف كل خلية منطقية من جدول بحث رباعي المدخلات (يُسمى أحيانًا 4-LUT أو LUT4) مع توصيل مخرجه بقلاب D (عنصر تخزين أحادي البت ). داخل وحدة PLB، تتصل كل خلية منطقية بالخلية التي تليها والتي تسبقها بواسطة منطق الحمل، بهدف تحسين أداء وحدات مثل الجامعات والطرح . تتخلل وحدات PLB كتل من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، يبلغ حجم كل منها أربعة كيلوبتات . يختلف عدد كتل ذاكرة الوصول العشوائي باختلاف الجهاز. ^{[ 26 ] : من 2-1 إلى 2-3 [ 27 ] : من 5 إلى 9}

بالمقارنة مع البنى القائمة على LUT6 (مثل أجهزة سلسلة Xilinx 7 وأجهزة Altera Stratix )، فإن الجهاز القائم على LUT4 غير قادر على تنفيذ وظائف منطقية معقدة بنفس عدد الخلايا المنطقية. على سبيل المثال، يمكن تنفيذ وظيفة منطقية بسبعة مداخل في ثماني خلايا LUT4 أو خليتين LUT6.

تستخدم أجهزة iCE ذاكرة SRAM متطايرة لتخزين بيانات التكوين. ونتيجةً لذلك، يجب تحميل البيانات على الجهاز في كل مرة ينقطع فيها التيار الكهربائي. تدعم جميع أجهزة iCE تحميل بيانات التكوين من مبرمج ، أو من شريحة ذاكرة فلاش خارجية ، أو، باستثناء أجهزة iCE40 LM ، ^{[ 28 ]} من ذاكرة NVCM، أو ذاكرة التكوين غير المتطايرة. ذاكرة NVCM هي ذاكرة قابلة للبرمجة لمرة واحدة (OTP) مدمجة في FPGA، مما يُغني عن الحاجة إلى شريحة ذاكرة خارجية. وتدّعي شركة Lattice أن استخدام ذاكرة NVCM يُحسّن أمان التصميم بجعل الهندسة العكسية أكثر صعوبة. ^{[ 29 ]}

تُقسّم منافذ الإدخال/الإخراج في أجهزة iCE إلى ما يصل إلى أربع مجموعات. في بعض الأجهزة، تحتوي كل مجموعة على منفذ تغذية طاقة خاص بها ( يُسمى VCCIO ) _، مما يسمح بضبط مستوى الجهد العالي المنطقي لمجموعة الإدخال/الإخراج. ^{[ 26 ] : 2-7.} تستخدم أجهزة iCE مستويات جهد إدخال/إخراج قابلة للتهيئة لدعم معايير واجهة متعددة بمستويات جهد تتراوح بين 1.8 فولت و3.3 فولت، مثل LVDS . ^{[ 26 ] : 3-1.} كما تدعم أجهزة iCE65 المذكورة تقنية SSTL من خلال هذه الطريقة. ^{[ 27 ] : 11}

تُصمَّم معالجات iCE FPGAs، كما هو الحال مع معظم معالجات FPGAs و CPLDs ، عادةً لاستخدام لغة وصف الأجهزة (HDL)، التي تصف الدائرة الإلكترونية. يدعم Lattice iCEcube2، بيئة التطوير المتكاملة (IDE) التي توفرها شركة Lattice لتطوير البرامج على معالجات FPGAs الخاصة بها، لغتي VHDL و Verilog ، بالإضافة إلى تنسيق EDIF .

• المنطق الرقمي