ماهو ال FPGA

📅
التقييم : 4 /5 الأصوات 3 تصويت
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (3 votes, average: 4.00 out of 5)
Loading...

ادا كنت من متابعين البتكوين و التعدين ربما سمعت عن كروت تعدين خاصة تحوي رمز FPGA في إسمها , اغلبنا نعرف ماهو التعدين عبر كروت الشاشة GPU و أو عبر اجهزة التعدين الخاصة (بالمناسبة هذه تسمى ASIC Chips ) و لكن FPGA تعتبر شيء جديد بالنسبة لاغلب الناس , فهي شيء لا تقابل بشكل مباشر في حياتك .

إدا فما هو FPGA بالتحديد

كلفة FPGA هي اختسار للجملة الانجليزية Field Programmable Gate Array أو مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة لمن يدرس علوم الحاسوب فسيدرك في التو معنى كلمة البوابات المنطقية , هي تعتبر البنية الاساسية التي يبنى عليها اي نضام رقمي تريد تطويره , و باختصار شديد تتكون من تجميع عدة ترانزيستورات في دوائر خاصة ( تسمى الدوائر المنطقية ) تسمح للحاسوب (لو بشكل اذق المعالج ) بالقيام بعمليات منطقية للمدخلات التي تعطى له (بشكل اوضح التيار الداخل للدارة “يوجد تيار =1 لا يوجد تيار = 0 ” ) .
معالج جهازك الحالي يحتوي على عدد كبير من هذه الدوائر المنطقية , و هي ماتبني معماريته و تحدد ايا من العمليات يقدر على القيام بها , طبعا معالجات الحاسوب تصنف على انها معالجات اغراض عامة (اي تنفيد عدد محدود من الادوار “التعليمات” ) المصممة مسبقة في البنية الداخلية للمعالج .
كما تعرفون المعالج ليس هو الشريحة الرقيمة الوحيدة الموجودة بجهازك “او با جهاز رقمي آخر” , يوجد مثلا كرت الصوت (الدي كان في بدايات انتاج الكمبيورت شيء صعب الحصول عليه ) بسبب التعقيد الموجود في عملية تحويل الصوت من الصيغة الرقيمة Digital مثل صيغة PCM الى الصورة التناضرية Analog و ايضالها الى سماعات الكمبيوتر , و ما كان يزيد من صعبوة الامر على المعالج في بدايات ظهوره هو سرعة المعالج لم تكن كافية للقيام باكثر من مهمة بنفس الوقت ,
الحل كان في تصميم معالجات رقمية متخصصة تقوم بمعالج الصيغ و الخوارزميات المنطقية بشكل متخصص , يعني تصميم البوابات المنطقية داخل شريحة دالك المعالج تكون بشكل مطابق تمام للعمل المطوب منها “هنا خوارزمية الصوت الرقيمة ” و بامكان هذه البوابات المجمعة القيام بالمهمة في الوقت الحقيقي تقريبا (على حسب تعقيد الخوارزمية) بدون انتضار لتنفيد المهمة واحدة وراء الاخرى كما يفعل المعالج العمومي (General Purpose Processor Compute Unit ) , هذه الشرائح تسمة ASIC و هي موجود بكل جهاز رقمي ممكن ان تصادفه (بل ان بعضها اصبح يضاف الى المعالجات و كروت الشاشة لتسريع القيام بمهام معينة مثل SSE إلخ )
نرجع الآن الى ال FPGA مادورها و مافائدتها وسط هذا كله , الـ FPGA يمكن لنا أن نسميها معالجات متخصصة قابلة للبرمجة فهي تشبه ASIC في تخصصها و تشبه CPU في قابلية برمجتها , النتيجة ان شرائح FPGA تقدم حلول (رخيصة الى حد ما ) لتطوير شرائح مخصصة من نوع ASIC بدون ان تضطر الى دفع ملايين الدولارات مقابل تصميم و تصنيع تلك الشرائح ,
بالطبع فبرمجة شوائح FPGA ليس بالشيء السهل على الاطلاق و لكن بامكان مجموعة مبرمجين مخضرمين تحقيق نجاح تجاري كبير ببرمجة و تطوير اي خوارزمية ممكن تنتج لك جهاز يحاكي امكانيات اي جهاز آخر تحتكر شركة او عدة شركات و تبيعه باسعار خيالية ( كما هو الحال مع معدات التعدين المتخصصة ) .
انا شاهدت مشاريع عديدة في Kicksgtart و غيره من المواقع لاجهزة تقوم بادوار اجهزوة اخرى (مثلا للشبكات و غيره) بشكل يتفوق على ماتتوفر عليه الاجهزة التجارية , كمثال جهاز وايلس يتعامل مع جميع شبكات الموبايل و الوايفاي و الشبكات دات التردد العالي في نفس الوقت على شريحة ثمنها 20$ تقريبا

الفرق بين شرائح FPGA و ASIC

  1. – شرائح ASIC ببساطة تحوي على دوائر المنطق و الحوسبة مطبوعة بشكل مسبق على السيليكون حيث جميع توصيلاتها تكون متبثة بشكل نهائي , في حين شرائح FPGA تحوي على دوائر منطق مشابه لكن التوصيلات الداخلية لهذه الدوائر متروكة لتعمل بحسب الخوارزمية البرمجية التي تضاف لها ,
  2. – على مستوى الأداء , فشرائح ASIC المخصصة تقدم أداء و سرعة أكبر بكثير من FPGA و ذلك نظرا لحاجة شرائة FPGA الى وجود دوائر اضافية تتحكم في التوصيلات بين الدوائر المنطقية , كما ان هذه الدوائر تزيد من حجم شريحة FPGA مقارنة ب ASIC و تضيف مقدار غير مستهان به من إستهلاط الطاقة .
  3. – شرائح FPGA تكلف اكثر من ASIC في حال كانت شرائح ASIC تصنع بكميات كبيرة , لكن تصميم شريحة ASIC يكلف مبالغ طائلة لدى تحتاج الى انتاج كميات كبيرة منها لارجاع تكاليف التطوير .

ما هو الفرق بين FPGA و ASIC و كروت الشاشة في التعدين مثلا

لعل تعدين العملات الرقمية و خوارزمياتها المعقدة يعتبر اكبر تحدي لاي معالج موجود في العالم , كما تعلومن عملات البتكوين بداء تعدينها في البداية عبر المعالجات المركيزة للكمبيوتر CPU و ثم ظهرت بعض البرامج التي تقوم بالتعدين على مستوى كروت الشاشة , لكن لم يمضي وقت طويل حتى ظهرت الاجهزة المخصصة للتعدين من نوع ASIC , فمن منها يتفوق على الآخر ؟

لعل الإجابة ستكون واضحة لدى أي متابعة لمجال التعدين اجهزة “شرائح” ASIC تقدم اكبر اداء لك واط مقارنة بالاجهزة الاخرى تصل الى X400 مقابل ال FPGA و لاداعي لمقارنتها بال GPU او حتى المعالج , لكن FPGA في المقابل تقدم اداء يقار 8 اضعاف اقوى GPU بامكانه القيام بالتعدين و هذا يتعبر رقم مهم لسبب بسيط أن اجهزة ال FPGA بالامكان برمجتها للقيام بتعدين عملات أخرى “في حال حصل اي تغيير في سعر احداه” بل من الممكن تطويرها للقيام بعمل مختلف تمام (على حسب الشركة المصنعة للجهاز) بحيث يمكن الاستفادة من الجهاز للتعامل مع خوارزميات مثلا لفك تشفير كلمة سر مشفرة بخوارزمية معنية .

أمثل لاجهزة و برمجيات ال FPGA

كم قلت سابقا يوجد هناك العديد من مشاريح FPGA الصغيرة حول العالم و لعب ابرزها هي لوهة Mister fpga board القابلة للبرمجة بسهولة و التي تم استخدامها مثلا لمحاكاة معالجة Playstation 1 محاكاة هاردوير حقيقية “فعلا اتمنى ان يتمكنوا يوما ما من محاكاة معالج PS2 في الوقت الحقيق ” و حت محاكاة معالجات قديمة مثل معالج Pentium MX و تتبيث نظام ويندوز 3.1 عليه .
هذا رابط المشروع https://github.com/MiSTer-devel/Main_MiSTer/wiki و هذا فيديو يتحذث عن اللوحة

ماهو ال FPGA


تحميل الآن

🏠 🖿 مميزة 🖈