Yazılımı Yeniden Yazılabilir Hale Getiren Çip

Dünyanın en gelişmiş elektronik sistemlerinden birçoğu—İnternet yönlendiricileri, kablosuz baz istasyonları, tıbbi görüntüleme tarayıcıları ve bazı yapay zeka araçları—alan programlanabilir kapı dizilerine (FPGA) bağımlıdır. Üretimden sonra yeniden yapılandırılabilen iç donanım devrelerine sahip bilgisayar çipleri olan FPGA'lar, 12 Mart'ta Kaliforniya'nın San Jose kentindeki Advanced Micro Devices kampüsünde, eski Xilinx merkezinde ve teknolojinin doğum yeri olan ilk FPGA'yı tanıyan bir IEEE Milestone plaketine adandı. FPGA, yarı iletken tasarımına yineleme getirdiği için Milestone unvanını kazandı. Mühendisler, yeni bir çip üretmeden donanımı tekrar tekrar yeniden tasarlayabiliyor, bu da geliştirme riskini önemli ölçüde azaltıyor ve yarı iletken maliyetlerinin hızla arttığı bir dönemde daha hızlı yenilik yapılmasını sağlıyordu. IEEE Santa Clara Valley Bölümü tarafından düzenlenen tören, yarı iletken endüstrisinden profesyonelleri ve IEEE liderliğini bir araya getirdi. Etkinlikte konuşanlar arasında, modern FPGA mimarisinin şekillenmesine yardımcı olan IEEE ve ACM Fellow'ı Stephen Trimberger yer aldı. Trimberger, bu icadın yazılım programlanabilir donanımı nasıl mümkün kıldığını yansıttı. FPGA'lar, 1980'lerde bilgisayardaki temel bir sınırlamayı aşmak için ortaya çıktı. Bir mikroişlemci, yazılım talimatlarını sıralı olarak yürütür, bu da onu esnek kılar ancak bazen birden fazla işlem gerektiren iş yükleri için yavaş kalabilir. Diğer uçta, uygulamaya özel entegre devreler (ASIC) yalnızca bir görevi yerine getirmek için tasarlanmış çiplerdir. ASIC'ler yüksek verimlilik sağlar ancak uzun geliştirme döngüleri ve büyük, ön maliyetler gerektirir. Maliyetler, çipin tasarımını ve üretime hazırlanmasını içerir—bu süreç, detaylı düzenlerin oluşturulmasını, üretim makineleri için maskelerin yapılmasını ve küçük devreleri işlemek için üretim hatlarının kurulmasını içerir. "ASIC'ler en iyi performansı sunabilir, ancak geliştirme döngüsü uzun ve tekrar eden mühendislik maliyeti çok yüksek olabilir," diyor UCLA'da bilgisayar bilimi profesörü ve IEEE Fellow'ı Jason Cong. "FPGA'lar, işlemciler ve özel silikon arasında tatlı bir nokta sağlar." Cong'un FPGA tasarım otomasyonu ve yüksek seviyeli sentez konusundaki temel çalışmaları, yeniden yapılandırılabilir sistemlerin nasıl programlandığını dönüştürdü. Örneğin, C/C++'ı donanım tasarımlarına çeviren sentez araçları geliştirdi. Çalışmasının merkezinde, elektrik mühendisi Ross Freeman tarafından ilk kez ortaya konan bir ilke yer alıyor: Çipin içine yerleştirilmiş programlanabilir bellek kullanarak donanımı yapılandırarak, FPGA'lar donanım seviyesinde hız ile yazılımla gelen uyum yeteneğini birleştirir. FPGA mimarisi, 1984 yılında kurulan Silicon Valley şirketi Xilinx'te 1980'lerin ortalarında ortaya çıktı. İcat, Xilinx'in kurucu ortağı ve CTO'su Freeman'a geniş ölçüde atfedilmektedir. O, üretimden sonra yapılandırılabilen devreleri olan bir çip hayal etti. FPGA'nın tarihine dair makaleler, onun bunu geleneksel çip tasarımından bilinçli bir kopuş olarak gördüğünü vurgular. O dönemde yarı iletken mühendisleri, transistörleri kıt kaynaklar olarak değerlendiriyordu. Özel çipler, neredeyse her transistörün belirli bir amaca hizmet edecek şekilde dikkatlice optimize ediliyordu. Freeman, Moore Yasası'nın çip ekonomisini yakında değiştireceğini öngördü. Bu ilke, transistör sayısının yaklaşık her iki yılda bir iki katına çıktığını, bu durumun da bilgisayarı daha ucuz ve daha güçlü hale getirdiğini öne sürer. Freeman, transistörlerin bol hale gelmesiyle esnekliğin mükemmel verimlilikten daha önemli olacağını varsayıyordu. Programlanabilir mantık bloklarından ve yapılandırılabilir yönlendirme ile bağlantılı bir cihaz hayal etti—üretimden sonra kullanıcılar tarafından tanımlanmaya hazır "açık kapılarla" dolu bir çip. Donanımı silikon içinde kalıcı olarak sabitlemek yerine, mühendisler ihtiyaçlar geliştikçe devreleri yapılandırabilir ve yeniden yapılandırabilirdi. Freeman bazen bu kavramı boş bir kasetle karşılaştırıyordu: Üreticiler ortamı sağlarken, mühendisler işlevini belirliyordu. Bu benzetme, teknolojiyi kimin kontrol ettiğinde önemli bir değişimi yakaladı; donanım tasarım esnekliğini çip üretim tesislerinden sistem tasarımcılarına kaydırdı. 1985 yılında Xilinx, ticari satış için ilk FPGA'yı tanıttı: XC2064. Cihaz, mantıksal işlemleri gerçekleştirebilen 64 yapılandırılabilir mantık bloğu—küçük dijital