A8 Lógica Digital Avançada, FPGAs e HDL

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Os FPGAs são circuitos integrados reconfiguráveis ​​que contêm, de fábrica, um grande número de blocos lógicos programáveis ​​— essencialmente construídos usando a mesma álgebra booleana que descreve o modelo de eletrônica digital — elementos de memória e blocos de memória embutidos, todos interconectados programaticamente. Isso permite a implementação de praticamente qualquer função digital desejada em hardware após a fabricação do chip, e a reconfiguração conforme necessário. O projeto desses circuitos é descrito usando linguagens de descrição de hardware especializadas, que permitem que o comportamento desejado do circuito seja especificado textualmente antes de ser sintetizado no chip físico.

Uma técnica central em sistemas digitais de alto desempenho é o pipeline: dividir uma operação complexa em vários estágios mais simples que são executados sequencialmente. Embora cada operação individual leve mais ciclos para ser concluída — resultando em maior latência — o sistema como um todo pode iniciar uma nova operação a cada ciclo de clock, maximizando o número de operações concluídas por unidade de tempo. As diversas tecnologias de memória disponíveis representam diferentes compromissos entre velocidade, densidade, custo e retenção de informações em caso de perda de energia.

Os circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), projetados e fabricados para executar uma única função específica, são muito mais eficientes em termos de área e consumo de energia do que um FPGA programado para fazer o mesmo, mas seu projeto e fabricação exigem um investimento inicial muito maior, que só se justifica na produção em alto volume.

É por isso que este módulo, que começa com blocos lógicos que podem ser reconfigurados após a fabricação do chip, conclui mostrando que essa mesma flexibilidade de reconfiguração tem um custo que o ASIC não incorre e oferece uma vantagem que o ASIC não oferece: escolher entre os dois significa escolher se o volume de produção justifica abrir mão da capacidade de mudar de ideia após a fabricação do chip.

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