نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران الکترونیک ایران

بهینه­سازی ساختاری FPGA به عنوان یکی از چالش­های مهم در زمینه طراحی دیجیتال مطرح است. در سال­های اخیر، روش­های تجربی و آزمایش­محور جای خود را به روش­های تحلیلی برای یافتن ساختارهای بهینه داده­اند. روش­های آزمایش­محور بر مبنای استفاده از ابزارهای کامپیوتری (CAD) برای ارزیابی ساختارها به لحاظ مساحت اشغالی، سرعت و توان مصرفی استواراند. به علت زمان­بر بودن این فرآیند، استفاده از روش­های تحلیلی مبتنی بر مدل­سازی ساختار توسط معادلات ساده­ی جبری، مورد توجه قرار گرفته است. اگرچه این فرآیند به مراتب ساده­تر و سریع­تر است، اما یک مدل تحلیلی کامل که بتواند همزمان توان مصرفی، مساحت اشغالی و سرعت را ارزیابی نماید تا به حال ارایه نشده است. ذکر این نکته ضروری است که کارهای گذشته از روش­های تحلیلی برای بهینه­سازی ساختارهای FPGA کاربرد عام استفاده کرده اند، در حالی­ که استفاده از روش­های تحلیلی برای بهینه­سازی ساختارهایی با کاربرد خاص موضوع جذابی در زمینه پردازش قابل پیکر­بندی مجدد می­باشد. به این ترتیب طراحان می­توانند ساختارهایی بهینه برای دسته­ای از کاربردها را جستجو کرده و مصرف­کنندگان می­توانند ساختار بهینه مورد نیاز برای کاربرد خاص خود را از میان قطعات متنوع موجود در بازار بیابند. در این مقاله یک مدل توان مصرفی شامل توان پویا و توان ایستا برای ساختار FPGA ارایه شده است. سپس این مدل با مدل­های موجود مساحت و سرعت ادغام شده تا یک مدل عملکردی کامل را تشکیل دهند. این مدل در قالب برنامه­سازی هندسی ارایه شده است. به این ترتیب، طراحان قادر خواهند بود تا در کوتاه ترین زمان ساختارهای مختلف را ارزیابی کرده و بهترین آنها را از نظر توان مصرفی پویا و ایستا همراه با مساحت و تأخیر انتخاب کنند. پس از تکمیل مدل عملکردی کامل FPGA، این مدل برای بهینه­سازی ساختارهایی با چند کاربرد توسعه داده­ شده  و سپس ساختار بهینه برای دو مدار خاص مورد بحث قرار گرفت.