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Una nueva característica del
nuevo tipo de herramientas
de desarrollo que admiten
las últimas familias FPGA
ultracompetitivas es su bajo
precio de compra.
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eTECH - NÚMERO 2
Los principales fabricantes de FPGA hablan con entusiasmo de sus
dispositivos emblemáticos de alto rendimiento a cualquiera que les escuche,
pero las innovaciones en los dispositivos de gama media y baja tienen mucho
más que ofrecer a los ingenieros que abordan diseños de uso general.
El
término FPGA impulsa a pensar
en dispositivos enormemente
complejos que ofrecen lo último en recursos
y rendimiento a una minoría de ingenieros
especializados y capaces de sacarles
el máximo provecho. Pero más allá del
emblemático silicio, los FPGA convencionales
son una opción competitiva de diseño para
aplicaciones de uso general que requieren
baja potencia, bajo coste y alto rendimiento.
Los proveedores de FPGA compiten
duramente por conquistar los mercados más
generalistas. Cada uno de los principales
proveedores, Xilinx, Altera y Lattice, lanza al
mercado familias de dispositivos de bajo
coste y baja potencia, apoyadas por kits
de desarrollo fácilmente accesibles
que permiten a los ingenieros crear
diseños relativamente sencillos
que se benefician de unos plazos
de comercialización rápidos y
de una gestión eficaz de la
vida útil mediante diseños
basados en FPGA.
Características
Las características concebidas
para satisfacer la gran variedad de
oportunidades que tienen en cuenta el coste
y el consumo energético en aplicaciones
industriales, científicas, médicas y algunas
de consumo incluyen funciones de chip
especializadas, características de control
de potencia y encapsulados de bajo coste.
Mientras que las FPGA de mayor tamaño
requieren varias fuentes de alimentación
para soportar diversas funciones de sistemas
en un circuito integrado, los dispositivos
de uso general actuales, como las familias
Spartan-3A de Xilinx y Cyclone® IV de Altera,
simplifican la distribución de la potencia
funcionando desde sólo dos fuentes de
alimentación, lo que ayuda a ahorrar costes,
tiempo de ingeniería y espacio en la placa.
Las FPGA están consideradas como
grandes consumidoras de energía, pero los
proveedores de FPGA intentan solucionar el
problema con innovaciones y mejoras
del proceso.
El resultado es una serie cada vez mayor
de dispositivos FPGA de uso general que
proporcionan una ruta de actualización
viable a los diseños basados en CPLD.
Antes los diseñadores tenían que equilibrar
la flexibilidad adicional y el rendimiento
de las FPGA con factores como costes
y complejidad más elevados. Pero, en la
actualidad, los diseñadores pueden sacar el
máximo partido sin renunciar a las valiosas
propiedades de los CPLDs, como el alto
rendimiento de pin a pin y la función de
instantaneidad. Lattice, por ejemplo, ha
implementado su arquitectura LatticeXP
para aplicaciones de gran volumen y bajo
coste mediante la combinación de las
tecnologías SRAM y Flash y la mejora de
las características a fin de incluir puertos
configurables serie y paralelos, PLL en chip,
bloque de RAM integrado y una combinación
de bloques sólo lógicos y combinados
de RAM/lógicos.
También existe una diferencia notable
en los mecanismos de seguridad, si los
comparamos con los dispositivos de
alto rendimiento que suelen incorporar
codificación/decodificación AES en chip.
Técnicas como la seguridad a nivel del diseño
del dispositivo DNA de Xilinx proporcionan
protección a bajo coste frente a las amenazas
como la ingeniería inversa, la clonación,
la manipulación indebida y la duplicación
de redes. El dispositivo DNA, mediante
principios de funcionamiento similares a los
de un cajero automático, se ha diseñado
específicamente para ser eficiente en
aplicaciones económicas y de gran volumen.
La conectividad es la característica principal
de la mayoría de los diseños integrados y
los requisitos del ancho de banda pueden
abarcar desde comunicaciones de datos serie
de baja velocidad, hasta Gigabit Ethernet y
superiores pasando por velocidades Ethernet
industriales. La conectividad flexible es
un punto fuerte conocido de las FPGA, y
familias como Spartan-3 y LatticeXP2 de
Xilinx proporcionan un ancho de banda alto
en relación a su precio gracias a que admiten
estándares de E/S de alta velocidad como
LVDS que habilitan comunicaciones sin chip a
velocidades Mbit/s altas.
Para aplicaciones que requieran ancho de
banda más alto, las familias Cyclone® IV
de Altera y Virtex-6 de Xilinx proporcionan
transceptores integrados que habilitan
comunicaciones de hasta 3.125 Gbit/s
adecuadas para protocolos como Gigabit
Ethernet, PCI Express, Serial RapidIO® y
XAUI. Al mismo tiempo, Altera afirma
que Cyclone IV consume hasta un 30%
menos de la potencia total, lo que es
comparable a los dispositivos que requieren
un transceptor externo.
Herramientas de bajo coste
Gracias a la optimización del rendimiento,
de las características y de los costes de los
dispositivos, los proveedores ya suministran
chips de silicio que pueden competir por
ocupar un lugar en el sector de las placas
de producción frente a alternativas como
ASSP y microcontroladores. Además,
están surgiendo nuevas generaciones de
herramientas de desarrollo, como kits de
inicio rápido, placas de evaluación, placas
para aplicaciones específicas y diseños
de referencia, que reducen aún más las
barreras iniciales de los diseños FPGA para
uso general. Los kits de familias específicas
como Lowcost Spartan-3A de Xilinx, así
como productos para aplicaciones como el
kit de USB-Blaster™ de Altera, normalmente
proporcionan todo lo que un diseñador
necesita para iniciar un proyecto. También se
benefician de las ventajas que proporciona
el potente y bien consolidado software para
diseño de FPGA de cada proveedor, que
guía a los ingenieros en la realización del
diseño mediante una secuencia metódica
y fácil de entender.
Una nueva característica del nuevo tipo de
herramientas de desarrollo que admiten las
últimas familias FPGA ultracompetitivas es su
bajo precio de compra. Los precios de venta
facilitan la adquisición de la mayoría de estos
kits ya que se pueden realizar los pedidos
sin autorización de compra, lo que hace que
el acceso a la tecnología FPGA sea tan fácil
como iniciar un diseño de microcontrolador.
Accesibilidad sin precedentes
Las FPGA de rango medio a bajo son más
accesibles que nunca para las aplicaciones
de uso general. RS apoya a los ingenieros
que aspiran a sacar partido de todas estas
características de los nuevos diseños
incrementando el acceso a dispositivos de
uso general, simplificando la adquisición,
incluso de pequeñas cantidades, y dando
soporte a los kits de inicio de bajo coste de
los principales proveedores de FPGA.
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