Тенденции и перспективы развития высокопроизводительных ПЛИС Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Таблица 2

Технические характеристики оборудования компании InfiNET

Характеристики Оборудование

R5000-Omx R5000-MMXB 16 дБ R5000-SMNC 19 дБ

Метод передачи MIMO 2x2 OFDM 64/128 MIMO 2x2 OFDM 64/128 MIMO 2x2 OFDM 64/128

Виды модуляции от BPSK1/2 до QAM64 5/6 от BPSK 1/2 до QAM64 5/6 от BPSK 1/2 до QAM64 5/6

Мощность на передачу до 28 дБм до 23 дБм до 18 дБм

Чувствительность на приеме -67..-97 дБм -67..-97 дБм -67..-97 дБм

Ширина полосы частот 5;10;20;40 МГц 5;10;20;40 МГц 5;10;20;40 МГц

Антенна Внешняя Двухполяризационная встроенная антенна 16 дБ Двухполяризационная встроенная антенна 19 дБ

Диапазон частот 3.1 - 3.9 ГГц; 4.9 - 6.0 ГГц; 6.0 - 6.4 ГГц. 3.1 - 4.0 ГГц; 4.9 - 6.0 ГГц; 6.0 - 6.4 ГГц. 3.1 - 3.9 ГГц; 4.9 - 6.0 ГГц; 6.0 - 6.4 ГГц.

Проводные интерфейсы Gigabit Ethernet port (10/100/1000 Base-T) Разъем RJ-45; Serial port (RS-232). Gigabit Ethernet port (10/100/1000 Base-T) Разъем RJ-45; Serial port (RS-232). Gigabit Ethernet port (10/100 Base-T) Разъем RJ-45;

Потребляемая мощность: до 12 Вт; Потребляемая мощность: до 12 Вт; Потребляемая мощность: до 7 Вт;

Электропитание Электропитание: 110-240 В~; Электропитание: 110-240 В~; Электропитание: 110-240 В~;

50/60 Гц; 50/60 Гц; 50/60 Гц;

+- 43..56 В. +- 43..56 В. +- 9..56 В.

Внешний модуль: 240 x 240 x 51 мм; Внешний модуль: 370 x 370 x 90 мм; Внешний модуль: 207 x 207 x 67 мм;

Габариты и вес 2.3 кг. Внутренний модуль: 124 x 72 x 38 мм; 3.5 кг. Внутренний модуль: 124 x 72 x 38 мм; 1.0 кг. Внутренний модуль: 85 x 76 x 36 мм;

0.3 кг 0.3 кг. 0.15 кг

Для работы БС R5000-Omx используется антенно-фидерное устройство, которое соответствует необходимым параметрам. Для этого выбирается антенна производителя AirMAX под названием RocketDish RD-26.

Список использованной литературы:

1. Пролетарский А.В., Баскаков И.В., Чирков Д.Н. Беспроводные сети и стандарты Wi-Fi /ИНТУИТ-177 с

2. Технический паспорт продукта InfiNET R5000-Mmxb 14 дБ

© Любовощин А.А., Евдокимов К.И., 2019

УДК 621.3.049.77

В.О. Петров

магистрант 2 курса СПБГУАП, г. Санкт-Петербург, РФ E-mail: petrov-pvo@yandex.ru

ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ПЛИС

Аннотация

В данной статье уделено внимание на применение современных высокопроизводительных ПЛИС; выделены основные достоинства их применения, по сравнению с другими цифровыми микросхемами, а также выделена основная тенденция в развитии технологии ПЛИС.

Ключевые слова:

ПЛИС, технологический процесс, высокая производительность.

Введение

Появление в 1984 году нового класса микросхем FPGA (Field programmable gate arrays), или ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы) дало возможность задать логику работы не предопределённым заводским способом, как было в программируемых логических матрицах, а программным методом. Сейчас ПЛИС находят применение в различных современных устройствах и открывает новые возможности в развитии новых технологий.

Основная часть

Первые ПЛИС были по современным меркам относительно просты и содержали малое количество вентилей и их эквивалентов, однако многие основы построения используются в современных ПЛИС. Изготавливались ПЛИС по КМОП-технологии и для хранения конфигурации использовались статические ОЗУ.

Современные высокотехнологичные ПЛИС содержат не только огромное количество программируемых логических блоков, но и встроенные блоки ОЗУ и процессорные ядра, устройства ввода/вывода и многое другое.[1]

Благодаря многофункциональности и настраиваемости под различные задачи ПЛИС применяют в аэрокосмической отрасли, медицине и вычислительной технике. Для некоторых задач они подходят полностью, так как существует возможность выполнять множество параллельных вычислений.

Основными производителями ПЛИС на мировом рынке являются фирмы американская компания Xilinx, которая является лидером производства, и компания Altéra (сейчас - Intel). Основной тенденцией в развитии данного направления является увеличение производительности вместе с уменьшением энергопотребления ПЛИС. Как видно по данным таблицы 1 (см. табл. 1), решением является усовершенствование технологического процесса в электронной промышленности, а именно уменьшение размеров элементов схемы.

Таблица 1

Семейства СБИС ПЛ серии Stratix [2]

Семейство Stratix Stratix GX Stratix II Stratix II GX Stratix III Stratix IV Stratix V Stratix 10

Анонсировано 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2008 г. 2010 г. 2013 г.

Технологический процесс 130 нм 130 нм 90 нм 90 нм 65 нм 40 нм 28 нм 10 нм

Современные высокопроизводительные ПЛИС 1 ALTERA STRATIX 10

Рисунок 1 - Образец ПЛИС INTEL STRATIX 10

~ 66 ~

Образец ПЛИС INTEL STRATIX 10 представлен выше на рисунке (рис. 1). Данный продукт является сегодня самым производительным из всех серийных ПЛИС. В Stratix 10 реализована: технология 14-нм изготовления чипа от Intel, которая снижает энергопотребление на 70% по сравнению со предыдущим поколением; возможность включения в ядро до 5500000 логических элементов, что дает увеличение производительности ядра в 10 раз по сравнению с предыдущим поколением; скорость обработки цифровых сигналов со скоростью более 9 ТФлопс (80 ГФлопс/Вт)[3].

2 XILINX ULTRASCALE+

Семейство UltraScale+ выпускается с использованием 16-нм технологических норм.

Xilinx UltraScale + FPGA состоит из Kintex® UltraScale + FPGA и Virtex® UltraScale + FPGA и 3D IC семейств, а также мультипроцессорных систем на кристалле Zynq® UltraScale + MPSoC.

С помощью оптимизации на системном уровне UltraScale+ микросхемы обеспечивают 2х-5х кратное повышение производительности на системном уровне на один ватт по сравнению с 28 нм поколением кристаллов.

Основные функции ПЛИС семейства UltraScale+:

• Высокоскоростные каскадные ячейки памяти для устранения узких мест ЦОС и обработки пакетов

• Расширенные ячейки DSP, включающие 27х18-битные умножители и двойные сумматоры, позволяющие реализовать скачок в арифметике с фиксированной и плавающей точкой IEEE 754 стандарта производительности

• Ступенчатое увеличение функциональности 3D IC внутри стека кристаллов полосы пропускания для виртуальной монолитной конструкции

• Высокая пропускная способность ввода / вывода и резкое сокращение времени ожидания прохождения через несколько интегрированных блоков

• Управление питанием функциональных элементов, с целью экономии энергопотребления

• Поддержка DDR4 до 2666 Мбит/с для обеспечения пропускной способности интерфейса памяти UltraRAM при интеграции с мощными SRAM устройствами[4].

Основные преимущества использования ПЛИС.

Применение ПЛИС на данный момент можно встречается во многих областях, в связи с тем, что проектирование ПЛИС, т.е. программирование, происходит в момент установки, и таким образом есть возможность применить данную ПЛИС под новые задачи. По сравнению с обычными цифровыми микросхемами, ПЛИС имеет основные преимущества:

1. Относительно небольшие габариты, меньше чем у цифровых микросхем.

2. Относительно невысокая цена.

3. Повышение времени работы.

4. Высокая надежность.

5. Возможность перепрограммирования при необходимости

6. Упрощенная интеграция.

7. Помехоустойчивость.

ПЛИС и возможности использования в цифровых устройствах.

Архитектура ПЛИС построена таким образом, чтобы цифровая схема работала в том случае, когда сконфигурированы логические блоки и запрограммированы связи между ними. Архитектура, как правило, может быть островной или иерархической. Основные характеристики ПЛИС, которые показывают возможность использования в цифровых системах:

1. Возможность моделирования квантовых вычислений.

2. Большое количество входных и выходных портов.

3. Возможность передачи данных на высоких скоростях.

4. Возможность проведения криптографических операций и защиты данных.

5. Больший объем памяти.

6. Возможность цифровой обработки сигнала.

7. Возможность проектирования систем спецназначения. [5]

В последнее время происходит бурное технологическое развитие в схемотехнике, в том числе в части ПЛИС, которое связано с резким увеличением числа эквивалентных логических вентилей, размещаемых на одном кристалле, повышением рабочей частоты с резким одновременным снижением как удельной, так и абсолютной стоимости. В частности, это достигается уменьшением технологического процесса производства. Однако с развитием техпроцессов стоимости разработок увеличивается в несколько раз, что может сказаться на стоимость ПЛИС.

Заключение

Таким образом, ПЛИС имеет высокие перспективы развития в связи с тем, что, на данный момент, имеет высокую производительность и возможность программирования вне заводских условий, что снижает стоимость затрат на разработку устройства.

Рекомендуется применять ПЛИС в следующих сферах[3]:

• Беспроводная связь

• Устройства обработки данных ЦОД-ов, серверных кластеров и облачных хранилищ.

• Маршрутизаторы для обработки и управления трафиком.

• Устройства потоковой обработки аудио и видео.

• Сложные медицинские приборы.

• Аппаратура военного назначения - связи, радиолокации и радиоэлектронной борьбы.

• Интеллектуальные контрольно-измерительные приборы и лабораторное оборудование. Список использованной литературы:

1 Максфилд К. Проектрование на ПЛИС. Курс молодого бойца. - М.: Издательский дом "Додека-ХХ1", 2007. - 408 с.

2 Семейства СБИС ПЛ серии Stratix [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://altera.ru/sbis-pl-stratix.html, свободный. - (дата обращения: 19.03.2019).

3 Altera Stratix 10 цена на ПЛИС микросхемы программируемой логики [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://el-ra.ru/mikroskhemy/fpga/altera-stratix-10/, свободный. - (дата обращения: 22.03.2019).

4 Новейшее семейство микросхем Xilinx UltraScale+ [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://www.macrogroup.ru/catalog/partgroup/4133, свободный. - (дата обращения: 21.03.2019).

5 ПЛИС - особенности применения и основные преимущества [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://cod57.ru/v-rossii/plis-osobennosti-primeneniya-i-osnovnye-preimushhestva-66780.html, свободный. -(дата обращения: 24.03.2019).

© Петров В.О., 2019

УДК 654.1

Д.А. Пецура

Сотрудник, Академия ФСО России, г. Орел, РФ Эл.почта: dpetsura@mail.com А.С. Ромичев

Сотрудник, Академия ФСО России, г. Орел, РФ Эл.почта: andre.romich57@gmail.com

ЦИФРОВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИНТЕЗАТОРЫ В СИСТЕМАХ СИНТЕЗА ЧАСТОТ

Аннотация

В статье представлен обзор современных способов формирования частот и сигналов. Так же