FPGA (Field Programmable Gate Array)

Pada kesempatan ini saya akan menyampaikan apa itu FPGA (Field Programmable Gate Array). Tanpa basa_basi lagi saya akan menjelaskan pengertian fpg dan bagian bagiannya.

FPGA (Field Programable Gate Array) adalah gerbang gerbang digital dimana interkoneksi antar masing masing gerbang tersebut dapat dikonfigurasi antara satu sama lainnya, dan dapat dirancang sesuai dengan keinginan dan kebutuhan user atau pemakai tanpa melalui tahap burn. FPGA juga bisa dibilang permodelan atau prototyping karena mempunyai software simulasinya yaitu Xilinx, FPGA juga bisa dibilang processor atau  embedeed controller.

Teknologi FPGA berawal dari PROM, EPROM, EEPROM, FLASH, SRAM. Berikut ini adalah arti arti dari istilah itu, :

• PROM (Programmable Read Only Memory) adalah jenis memory chip ROM yang isinya dapat dihapus oleh sinar ultraviolet dan kemudian dipogram ulang sekali saja dengan menggunakan peralatan khusus.
• EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) adalah jenis memory yang dapat menyimpan data ketika catu daya dimatikan dan hanya dapat deprogram ulang dengan sebuah peralatan khusus.
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)adalah yang dapat dihapus dengan perintah elektris.
• FLASH adalah chip memory yag dapat dibaca dan diprogram yang dapat menyimpan datanya tanpa aliran listrik.
• SRAM (Static Random Access Memory ) adalah memory yang data didalamnya tetap tersimpan dengan baikwalaupun tak diberi penyegaran/refresh oleh CPU.
• Teknologi FPGA juga berhubungan dengan IC, Transistor, SRAM, DRAM, SPLD, CPLD, dan ASIC. Berikut ini adalah arti dari istilah itu :
• IC adalah sebuah komponen  elektronika yang berupa chip silikon yang berisi rangkaian elektronika lengkap. IC berisi puluhan, ratusan, bahkan ribuan komponen elektronika .(Transistor, Dioda, resistor, kapasitor, dll). FPGA terinspirasi dari IC.
• Transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari dua buah diode ,yang punya dua jenis Tr PNP dan NPN ,mempunyai tiga kaki ,yaitu basis, collector dan emitor. Transistr merupakan sejaah awal pembuatan FPGA , bersifat semikonduktor ,penguat dan switching.
• SRAM (Static Random Access Memory ) adalah memory yang data didalamnya tetap tersimpan dengan baik walaupun tak diberi penyegaran/refresh oleh CPU (Automatis refresh)
• DRAM (Dinamic Random Access Memory) adalah jenis RAM yang menyimpan setiap bit data yang terpisah dalam kapasitor dalam satu sirkit tertentu , Memory ini butuh di refresh dan merupakan jenis chip computer yang banyak digunakan .
• SPLD (Simple Programmable Logic Devices)adalah perngkat logic terprogram yang tersimpel, terkecil, dan cukup mahal bentuknya. SPLD dapat digunakan di papan untuk menggantikan komponen TTL seri 7400 (and, or, not gates).
• CPLD (Comlex Programmable logic Devices ) adalah perangkat logika terprogram dengan gabungan antara PALs dan FPGAs. Terdiri dari lapisan interconnect ,gates ,dan flip flop.
• ASIC adalah IC yang hanya digunakan pada keperluan tertentu , kompleksitas IC ini cukup tinggi jadi tidak muat pada CPLD .

Penggunaan FPGA

1. ASIC & Costum Silikon (yang ada pada trafo)
2. DSP (Digital Signal Processing) ( Microprocesor)
3. Embeded Mikrokontroller
4. Fisical Layer Communication (protocol/NIC), GLU antara layer fisik dan protocol (menjembatani antara fisical layer dan fisical protocol )
5. Record Configurable Computing

• Untuk akselerasi hardware
• Simulasi hardware

Sifat FPGA (sifatnya bisa dibilang kelebihannya)

1. Dapat diprogram berkali kali (record)
2. Dapat didownload dlm rogram berkali kali
3. Bersifat volatile (tergantung catu daya)
4.  Hampir semua rangkaian terimplementasi dalam chip
5. Murah .

Perusahaan pembuat FPGA
Ada 5 perusahaan besar yang memproduksi FPGA. Dua yang pertama merupakan yang paling menguasai di pasar FPGA:

• Xilinx yang punya nama besar dalam dunia FPGA, masih memimpin dalam densitas dan teknologi.
• Altera merupakan pemain kedua terkenal di dunia FPGA, terkenal dengan namanya.
• Lattice, Actel, Quicklogic adalah perusahaan-perusahaan yang lebih kecil dan punya “pasar khusus”.

Rangkaian FPGA / atau isi dari FPGA
Bila dilihat dari segi bentuknya, FPGA tak berbeda jauh dengan bentuk IC-IC lainnya. Hanya saja, bila dilihat dari isinya FPGA memiliki bagian yang berbeda dengan komponen IC pada umumnya. Berikut isi dari FPGA pada umumnya:

1. Configure Logic Blocks (CLB). Bisa dikatakan, bagian inilah yang akan memproses segala bentuk rangkaian logika yang dibuat oleh user/pemakai.
2. I/O Blocks. Sebagai interface antara external pin dari device dan internal user logic
3. Programmable Interconnect. Bagian ini berisi wire segments dan programmable switches atau biasa disebut saklar , selain itu bagian ini juga akan menghubungkan antara CLB satu dengan CLB lainnya.

Isi  dari CLB

Sebuah FPGA tersusun dari sebuah bagian yang bernama “logic-cell” (Logic Blocks), yang kemudian pada perkembangannya saling terhubung satu sama lain. Kumpulan-kumpulan dari logic cell ini berjumlah ratusan bahkan ribuan dan membentuk sauatu fungsi yang kompleks. Sebuah logic cell pada dasarnya terdiri atas sebuah lookup table(LUT), D flip-flop, dan sebuah multiplekser 2 ke 1.

1. Look Up Table (LUT) merupakan sejenis RAM (Random Acces Memory) yang berkapasitas kecil. Di dalam FPGA, LUT ini memegang peranan penting dalam proses implementasi fungsi-fungsi logika. Selain itu, LUT ini berciri khas memiliki input sejumlah 4 buah.
2. D Flip Flop. Seperti yang diketahui, flip-flop (Bistable Multivibrator) dalah suatu rangkaian sel biner yang memiliki dua buah output yang saling berkebalikan keadaannya (0 atau 1). Di dalam FPGA, terdapat sebuah jenis flip-flop yaitu D flip-flop atau Data flip flop. Rangkaian D flip-flop ini berfungsi sebagai rangkaian logika sekuensial dimana di dalamnya terdapat peralatan memori dan pewaktu.
3. Multiplekser 2 ke 1. Sebuah multipleser adalah piranti digital yang bekerja sebagai switch (saklar) yang menghubungkan data dari n masukkan ke sebuah keluaran. Multiplekser berfungsi untuk memilih beberapa input untuk hanya menjadi 1 output saja.

Istilah istilah dalam FPGA
Antifuse

Adalah lawan dari fuse, fuse itu sendiri adalah sekering yaitu alat yang digunakan sebagai pengaman dalam suatu rangkaian listrik apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau suatu hubungan arus pendek. Cara kerjanya apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau terjadi hubungan arus pendek, maka secara otomatis sekering tersebut akan memutuskan aliran listrik dan tidak akan menyebabkan kerusakan pada komponen yang lain. Jadi Antifuse itu sendiri adalah untuk menciptakan atau membangkitkan jalur elektrik konduktif atau memberikan jalan kepada muatan listrik yang besar untuk lewat.

Fine, Medium, Coarse Grained

1. Fine Grained
   Adalah arsitektur FPGA pada suatu sistem yang memiliki komponen yang kecil
2. Medium Grained
   Arsitekur FPGA pada suatu sistem dengan komponen yang sedang
3. Coarse Grained
   Arsitektur FPGA pada suatu sistem dengan komponen yang besar

MUX dan LUT

• MUX adalah Perangkat digital yang memilih 1 sinyal input dari beberapa sinyal input dan memasukkanya ke dalam sebuah saluran.
• LUT adalah RAM yang berkapasitas kecil yang berperan mengimplementasikan logika.

 CLB, LAB, dan Slice

• CLB adalah Komponen yang berfungsi memproses rangkaian logika yang dibuat oleh user.
• LAB adalah istilah lain dari CLB atau kumpulan dari CLB.
• Slice adalah komponen utama yang digunakan pada FPGA yang terdiri atas CLB.

Fast Carry Chains
Tipe jalur interkoneksi yang berfungsi dalam pembuatan fungsi fungsi logika agar dapat brjalan efisien
Processor Core
Otak dari sebuah processor dan pusat pengendali komputeryang berfungsi untuk melakukan perhitungan dan menjalankan tugas.
General purpose i/o
Pin generic pada chip yang perilakunya dapat dikontrol atau diprogram melaui perangkat lunak
Hard, Soft, dan Firm IP

• Hard IP adalah perwujudan  fisik dari design IP .Hard IP merupakan aplikasi terbaik untuk plug n play
• Soft  IP adalah implementasi processor dalam sebuah bahasa HDL (Hard Description Languange) tanpa optimasi yang luas untuk arsitektur tujuan.
• Firm IP adalah implementasi HDL namun sudah dioptimalkan untujk sebuah arsitektur FPGA tujuan.Contohnya altera nios II dan Xilinx microblaze processor.

( sumber : https://bagaskawarasan.wordpress.com )