ما هي تقنية الـ FPGA  ؟

وماذا تعني؟
وما استخداماتها؟
وكيف تخدم هذه التقنية علم الالكترونيات؟
وكيف يمكنني الحصول عليها؟
كل هذه أسئلة بحاجة الى اجابة لتكوين صورة واضحة لماهية هذه التقنية …

ماهي تقنية الـ  FPGA وماذا تعني؟

كلمة FPGA هي اختصار لجملة Field Programmable Gate  Arrays   … وهي تعني مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة ، وهي عبارة عن دوائر متكاملة تتكون من صفوف من البوابات المنطقية كل بوابة يمكن التحكم في نوعها وتحويلها من نوع الى أخر مثلا من AND الى NAND ومن NOR الى NOTالى أخره ويمكن أيضا التحكم في توصيل كل بوابة بالبوابات الاخرى فيمكن عمل التوصيل الذي نريده ويمكن بذلك تحويل الدائرة المتكاملة من نوع الى أخر عن طريق البرنامج الخاص ببرمجتها. باختصار هي دائرة متكاملة يمكن برمجتها ولكن طريقة البرمجة مختلفة عن التقنيات الأخرى المعروفة مثل PIC,AVR, Arduino, ARM وغيرها .. لان الأنواع الأخيرة تستخدم لغة برمجة تصف وظيفة الدائرة وكل طرف من هذه الأنواع معروفة وظيفته سابقا .. ولكن الـ FPGA فان برمجتها تتم عن طريق تركيب دائرة داخلية بها تنفذ وظيفة معينة كما انك تركيب دائرة من مجموعة من ال NAND & NOR Gates ICs ولكن كل هذا يتم داخل قطعة واحدة وببرنامج خاص بها ..فبالتالي ان تصف وظيفة القطعة من خلال الدائرة التي صممتها داخلها … 

أما فيم تستخدم : 

فهي يمكن أن تستخدم في أي شئ وكل شئ وخاصة الاجهزة الالكترونية التي تحتاج الى تغيير دوائرها باستمرار وبينما كان ذلك صعبا في الماضي فانه الان يمكن أن يحدث بمجرد انزال برنامج جديد يغير من تركيب الدائرة.

أما كيف تخدم هذه التقنية الالكترونيات:

فهي فتح جديد وثورة في عالم تصميم الدوائر المتكاملة ولتوضيح ذلك نعطي المثال التالي: في حين أن شركة مثل انتل تصنع معالج البنتيوم الذي يقوم بجميع الوظائف الممكنة وذلك بغرض الاستخدام العام في كل التطبيقات ، وذلك على حساب السرعة التي تكون بطيئة نسبيا والاستهلاك العالي للطاقة والسعر المرتفع ، في حين أن بعض الشركات الاخرى تصنع دوائر متكاملة سريعة ورخيصة واستهلاكها للطاقة قليل ولكنها صممت لتنفيذ وظيفة واحدة فقط وهي التي تعرف باسم ASIC ومثال على ذلك البروسيسور الخاص بأجهزة التليفزيون ، فجاءت تقنية الـFPGA  … لتجمع بين سرعة الاداء العالية والتعدد في الاستخدام.

إستخدامات FPGA:

1- البث الفيديوى :

تم بناء نظام بث فيديوى من دائرة متكاملة واحدة قادرة على اعادة تشكيل نفسها أربع مرات لكل صورة frame فيديوية واحدة ، لذا فإنها تتطلب فقط ربع الدوائر التى يمكن أن نحتاج اليها لبناء مثل هذا لنظام بدوائر ال ASIC. فأولا تقوم الدائرة FPGA بتخزين الاشارة الفيديوية فى الذاكرة ثم تقوم بتحويلين مختلفين لمعالجة الصورة ، وفى النهاية تحول الى موديم لارسال الاشارة الى المرحلة التالية .

2- التعرف على الصور :

يمكن لشريحة FPGA الخاصة بالتعرف على الصور وأن تهيئ نفسها بمجرد رؤية الشئ الذى تنظر اليه ، فإذا كانت الصورة تحتوى على سيارة أو شاحنة ،فإن أجزاء الدائرة المصممة أصلا لتتبع الطائرات السريعة أو الاشخاص البطئى الحركة يمكن أن تعيد تشكيل نفسها بحيث تركز بدلا من ذلك على الاليات البرية .

ويوجد العديد من التطبيقات الاخرى مثل مقارنة الخطوط والتعرف على الاشخاص والاشياء المحيطة وتشفير الرسائل والتشفير المعقد جدا وتعرف الاهداف الحربية والاتصالات بالغة التعقيد …

مستقبل الحوسبة التشكلية FPGA:

تبشر دوائر الFPGA …  بتطبيقات واعدة فى المستقبل ستجعلك ليس فقط تتحكم فى البرامج soft ware ولكنك أيضا سوف تتحكم فى شكل ووظيفة المكونات الصلبة hard ware وذلك بتحميل البرنامج الخاص بالتطبيق الذى تريده ، فكما تقوم اليوم بتحميل برامج من شبكة الانترنت ، فإن أجهزة المستقبل يمكنها تحميل تشكيلات جديدة للدوائر كلما استدعى الامر ذلك.