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Jul 14, 2023
フィールド プログラマブル ゲート アレイとは何ですか?
Ernie Smith は、BizTech の元寄稿者であり、サイド プロジェクトを専門とする昔ながらのブロガーであり、趣味でビンテージ オペレーティング システムを研究している技術史マニアでもあります。 メジャーのことになると
Ernie Smith は、BizTech の元寄稿者であり、サイド プロジェクトを専門とする昔ながらのブロガーであり、趣味でビンテージ オペレーティング システムを研究している技術史マニアでもあります。
コンピューターで使用される主な種類のチップに関しては、中央処理装置 (CPU) またはグラフィック処理装置 (GPU) に焦点が当てられます。 しかし、コンピューティング エクスペリエンスの形成に役立つチップの種類はこれらだけではありません。フィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA) と呼ばれる別の種類のチップは、再プログラム可能な非常に柔軟な種類の集積回路です。
このテクノロジーは 40 年前から存在していますが、IT 環境、特にクラウドとデータセンターで本格的に普及し始めたのは今です。
FPGA は、必要に応じてチップ内の電子回路を再作成できる集積回路の一種です。 エンドユーザーは、特殊な回路を構築するソフトウェアのようなアプローチで特定の方法で動作するようにプログラムできます。
FPGA にはコンピューティングにおいて長く豊かな歴史があります。 その基本コンセプトは、1960 年代に遡るプログラマブル読み取り専用メモリ (PROM) や、モトローラとテキサス インスツルメンツが 1970 年代初頭に初めて実験したマスク プログラマブル ゲート アレイなどの先行技術に由来しています。 FPGA と同様に、これらのテクノロジは再プログラムできます。 ただし、動的に変更することはできません。 たとえば、多くの基本的な PROM では、ハードウェアによって有効になるバイナリ変更のみが許可されます。
商用 FPGA 市場は、1984 年に最初の再プログラム可能なロジック デバイスを開発した Altera と、最初の商業的に実行可能な FPGA を市場に投入した Xilinx の出現によって、1980 年代初頭に始まりました。
アルテラとザイリンクスには長い独立した歴史があり、長年にわたり FPGA デバイスの唯一のメーカーでした。 2 社間の競争は、FPGA を組み込みシステム市場で成功するテクノロジに変えるのに役立ちました。
各社は最近、大手CPU大手の1社に買収されている。インテルは2015年にアルテラを167億ドルで買収し、AMDは2022年初頭に500億ドルでザイリンクスの買収を完了したが、これはチップ業界で過去最大の買収となる。 これらの買収は、IT スタックを含む将来のコンピューティングにおいて FPGA が果たす役割に影響を与えます。
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FPGA は、より特殊なタスクのために管理できる集積回路のより動的バージョンと考えてください。 CPU や GPU によって実行されることが多い汎用タスクではなく、FPGA は目前のタスクに適応できます。 これにより、より特殊な結果が得られる可能性がありますが、カスタマイズが必要になります。
FPGA コンセプトの中心となるのは、特定のユースケースに合わせてチップの回路を物理的に変更し、「セミカスタム」チップを作成するために使用される特定用途向け集積回路 (ASIC) のスタイルであるゲート アレイです。 FPGA は、チップの動作構造を定義するプログラミング言語の一種であるハードウェア記述言語を使用して機械プロセスを置き換えます。 昔ながらのコンピューターやビデオ ゲームのファンは、ソフトウェア エミュレーションの代替として、現在は製造されていないハードウェアを忠実に再現するために FPGA を利用してきました。
MiSTer と呼ばれる人気のある DIY プロジェクトでは、Intel の Cyclone V システム オン チップに基づく DE-10 Nano を使用して、ビンテージ コンピュータやビデオ ゲーム コンソールのチップを再現しています。 もう 1 つのセールス ポイントは、最新の FPGA が Commodore Amiga や Nintendo Entertainment System などのビンテージ システムのハードウェア機能をすべて動的に実装できることです。
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FPGA は、ASIC やマイクロコントローラーなどの組み込みシステムで一般的に使用される、より広範なクラスの集積回路に適合します。 3 つとも、統合されたシステムオンチップアプローチにより、近年大幅な改善が見られました。 このマイクロコントローラーは、スマートフォンや Apple シリコンで使用されている ARM ベースの CPU に見られる革新の多くに影響を与えました。 マイクロコントローラーは ASIC や FPGA と同様の領域で機能しますが、従来の CPU とより多くの DNA を共有する傾向があります。