FPGA (Field Programmable Gate Array)

apa itu FPGA?
apa fungsinya?
Mungkin sebagian dari kita ketika mendengar hal ini, pasti bertanya-tanya. sebenarnya FPGA itu apa??. dari namanya saja tampak asing bagi kita yang baru mengenal FPGA. Pada Artikel kali ini saya akan menceritakan sedikit mengenai sejarah dari FPGA.

Sejarah FPGA
FPGA  ini  dikembangkan  sejak tahun 1984 oleh perusahaan Xilinx  yang  berbasis di  San
Jose,  CA.  Perkembangan  selanjutnya,  FPGA  ini  mulai  diproduksi  oleh  beberapa  perusahaan
misalnya,  Altera,  Lattice,  dan  Quicklogic. Diantara  perusahaan-perusahaan  tersebut,  terdapat  2
perusahaan yang mendominasi produksi FPGA di seluruh dunia yaitu Xilinx dan Altera.
Ada  5  perusahaan  besar  yang  memproduksi  FPGA.  Dua  yang  pertama  merupakan  pemain
utama di pasar FPGA: 

1.     Xilinx yang punya nama besar dalam dunia FPGA, masih memimpin dalam densitas dan
 teknologi.

2.    Altera merupakan pemain kedua terkenal di dunia FPGA, terkenal dengan namanya.

3.    Lattice, Actel, Quicklogic adalah perusahaan-perusahaan yang lebih kecil dan punya “pasar khusus”.

Jadi, FPGA itu adalah komponen elektronika dan semikonduktor yang mempunyai komponen gerbang terprogram (programmable logic) dan sambungan terprogram. Komponen gerbang terprogram yang dimiliki meliputi jenis gerbang logika biasa (AND, OR, XOR, NOT) maupun jenis fungsi matematis dan kombinatorik yang lebih kompleks (decoder, adder, subtractor, multiplier, dll). Blok-blok komponen di dalam FPGA bisa juga mengandung elemen memori (register) mulai dari flip-flop sampai pada RAM (Random Access Memory). 

FPGA jenis Altera StratixIVGX

Pengertian terprogram (programmable) dalam FPGA adalah mirip dengan interkoneksi saklar dalam breadboard yang bisa diubah oleh pembuat desain. Dalam FPGA, interkoneksi ini bisa diprogram kembali oleh pengguna maupun pendesain di dalam lab atau lapangan (field). Oleh karena itu jajaran gerbang logika (Gate Array) ini disebut field-programmable. Jenis gerbang logika yang bisa diprogram meliputi semua gerbang dasar untuk memenuhi kebutuhan yang manapun.

Secara umum FPGA akan lebih lambat jika dibandingkan dengan jenis chip yang lain seperti pada chip Application-Specific Integrated Circuit (ASIC). Hal ini karena FPGA menggunakan power/daya yang besar bentuk desain yang kompleks. Beberapa kelebihan dari FPGA antara lain adalah harga yang murah, bisa diprogram mengikuti kebutuhan, dan kemampuan untuk di program kembali untuk mengkoreksi adanya bugs. Jenis FPGA dengan harga murah biasanya tidak bisa diprogram dan dimodifikasi setelah proses desain dibuat (fixed-version). Chip FPGA yang lebih kompleks dapat diperoleh dari jenis FPGA yang dikenal dengan CPLD (Complex-Programmable Logic Device).

  

Cara Kerja FPGA

FPGA  (Field  Programmable  Gate  Array)  merupakan  sebuah  IC  digital  sering
digunakan  untuk  implementasi  rangkaian  digital.  IC  digital  ini  pada  umumnya  terdiri  atas  3
bagian  yaitu  configure  logic  blocks  (CLB),  I/O  Blocks,  dan  Programmable  Interconnect.

  

Sebuah FPGA tersusun dari sebuah bagian yang bernama “logic-cell” (Logic Blocks),
yang  kemudian  pada  perkembangannya  saling  terhubung  satu  sama  lain.  Kumpulan-kumpulan
dari  logic  cell  ini  berjumlah  ratusan  bahkan  ribuan  dan  membentuk  sauatu  fungsi  yang
kompleks.  Sebuah  logic  cell  pada  dasarnya  terdiri  atas  sebuah  lookup  table(LUT),  D  flip-flop,
dan sebuah multiplekser 2 ke 1.  

1.  Look  Up  Table  (LUT)  merupakan  sejenis  RAM  (Random  Acces  Memory)  yang
     berkapasitas  kecil.  Di  dalam  FPGA,  LUT  ini  memegang  peranan  penting  dalam
     proses  implementasi  fungsi-fungsi  logika.  Selain  itu,  LUT  ini  berciri  khas  memiliki
     input sejumlah 4 buah. 

2.  D  Flip  Flop. Seperti  yang  diketahui,  flip-flop  (Bistable  Multivibrator)  dalah  suatu
     rangkaian  sel  biner  yang  memiliki  dua  buah  output  yang  saling  berkebalikan
     keadaannya (0 atau 1). Di dalam  FPGA, terdapat sebuah  jenis  flip-flop  yaitu D  flip-flop atau Data flip   flop. Rangkaian D flip-flop ini berfungsi sebagai rangkaian logika
    sekuensial dimana di dalamnya terdapat peralatan memori dan pewaktu.
3.   Multiplekser  2  ke  1. Sebuah  multipleser  adalah  piranti  digital  yang  bekerja  sebagai
      switch  (saklar)  yang  menghubungkan  data  dari  n  masukkan  ke  sebuah  keluaran.
      Multiplekser  berfungsi  untuk  memilih  beberapa  input  untuk  hanya  menjadi  1  output
      saja.  Di  dalam  FPGA,  terdapat  rangkaian  multiplekser  2  ke  1  yang  artinya,
      multiplekser tersebut memiliki 2 buah input dan 1 buah output.