FPGAs (Field Programmable Gate Array)

Ein feldprogammierbares Gate-Array (field-programmable gate array, FPGA) ist ein programmierbarer integrierter Schaltkreis, der nach der Herstellung eine kundenspezifische Konfiguration der Hardware-Logik ermöglicht. FPGAs sind benutzerkonfigurierbar und werden in großem Umfang für logische Operationen und die Informationsverarbeitung eingesetzt, häufig in Anwendungen, die eine Echtzeitfunktion und extrem hohe Geschwindigkeiten erfordern. Mit einem sehr hohen Maß an integrierter Funktionalität können FPGAs Mehrzweck-Mikroprozessoren in Systemen ersetzen, in denen bekannte Operationen, wie der Empfang und die Verarbeitung von Daten aus Hochgeschwindigkeitsdatenwandlern, schnell und deterministisch ausgeführt werden müssen. Im Gegensatz zu Chips mit fester Funktion sind FPGAs umprogrammierbar, d. h. sie können mithilfe von Hardwarebeschreibungssprachen wie Verilog mehrfach konfiguriert werden.

Das Herzstück eines FPGAs bilden konfigurierbare Logikblöcke (configurable logic blocks, CLBs), programmierbare Verbindungen, Logikgatter und Flip-Flops, die in einer flexiblen Architektur, einem so genannten Gate-Array, organisiert sind. Diese Komponenten unterstützen die Erstellung komplexer Logiken, die digitale Signalverarbeitung und eine umfangreiche Parallelverarbeitung. FPGAs benötigen in der Regel einen externen Speicherbaustein – oft ein Flash- oder Nur-Lese-Speicher – um Konfigurationsdaten zu speichern und bei jedem Start neu zu laden. Dadurch eignen sie sich besonders gut für die Telekommunikation, die Infrastruktur von Rechenzentren und fortschrittliche eingebettete Systeme, bei denen sowohl Leistung als auch geringer Stromverbrauch entscheidend sind.

FPGAs dienen als softwaredefinierte Hardwareplattform mit der Möglichkeit, benutzerdefinierte Prozessorlogik zu erstellen oder Funktionen zu beschleunigen, die ein typischer Mikrocontroller nicht bewältigen kann. Die Flexibilität, mit der sie umkonfiguriert werden können, macht FPGAs zu einer Schlüsseltechnologie für das Prototyping, die Entwicklung von Produktdesigns und den Einsatz von Echtzeit-Hardwarelösungen.

DigiKey führt die FPGAs führender Lieferanten, darunter AMD (früher Xilinx), Intel (früher Altera), Lattice Semiconductor und Microchip Technology.