Forum: FPGA, VHDL & Co. Ältestes "FPGA"?


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von Burkhard K. (buks)


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Über 
https://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Field_Programmable_Gate_Array#Zum_XC2064_(erstes_FPGA_am_Markt) 
bin ich auf das Datenblatt der 82S00x/82S/15x Serie von Signetics (1981) 
gestoßen: 
http://www.bitsavers.org/components/signetics/_dataBooks/1981_Integrated_Fuse_Logic.pdf.pdf 
. Dort werden die ICs 82S002/003 (16x9) und 82S150/151 (18x12) als 
"Field Programmable Gate Array" geführt; allerdings handelt es sich 
dabei um "Fuse Logic" (bis zu zwei Fusing-Zyklen).

Gibt es noch ältere ICs (vor 1981), die bereits unter dem Begriff "FPGA" 
vermarktet wurden.

von Fpgakuechle K. (fpgakuechle) Benutzerseite


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Burkhard K. schrieb:

> Gibt es noch ältere ICs (vor 1981), die bereits unter dem Begriff "FPGA"
> vermarktet wurden.

Meines Wissens nicht, FPGA's entstanden aus FPA durch hinzufügen der 
FF-Stufe. Und erst Ende der Siebziger hat man die dafür nötige 
Integrationsstufe ((V)LSI) erreicht:

https://onlinelibrary.wiley.com/cms/asset/05af67db-1be0-47ec-b0f2-df72a8062ab5/ntbl001.gif
https://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit#Generations

Als unmmitellbaren Vorgänger des FPGA gilt IMHO das field programmable 
logic array und das wurde 1977 eingeführt (TI SN74S330)

https://archive.org/stream/bitsavers_tidataBookcomputerComponentsDataBook_16851665/1977_TI_Bipolar_Microcomputer_Components_Data_Book#page/n231/mode/2up

Anbei Auszug aus ältesten Datenblätter und App-Notes, die ich finden 
konnte. (Valvo(Philips) v. Signetics 1983)

Gelegentlich ist noch von irgendwelchen Patenten von General Electric 
die FPGA-Techniken beschreiben die Rede, konkrete FPGA-Chips von GE sind 
mir aber nicht bekannt.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Offenbar wurde der Begriff FPGA zwischenzeitlich deutlich umdefiniert. 
Wenn man sich die alten FPGA von Signetics anschaut, dann fehlen dort 
jegliche Rückkopplungspfade und Latches, so dass damit nur einfache 
kombinatorische Logik realisiert werden kann. Das, was heutigen 
CPLD/FPGA am nähesten käme, wären die FPLS.

Signetics schreibt im PLD-Handbuch von 1989:
"The Signetics Programmable Logic family consists of devices which are 
designed to address logic needs ranging from random gates in the case of 
the Field Programmable Gate Arrays, to highly sophisticated state 
machines in the case of Field Programmable Logic Sequencers.  Signetics 
pioneered the fully-prgrammable AND/OR/INVERT architecture in 1975. In 
1987, Signetics introduces yet another new concept in PLD 
architectures."

http://bitsavers.informatik.uni-stuttgart.de/components/signetics/_dataBooks/1989_Signetics_PLD.pdf

Der ganze Webserver ist übrigens hochgradig informativ:

http://bitsavers.informatik.uni-stuttgart.de/

von Gerd E. (robberknight)


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Burkhard K. schrieb:
> 
http://www.bitsavers.org/components/signetics/_dataBooks/1981_Integrated_Fuse_Logic.pdf.pdf
> . Dort werden die ICs 82S002/003 (16x9) und 82S150/151 (18x12) als
> "Field Programmable Gate Array" geführt; allerdings handelt es sich
> dabei um "Fuse Logic" (bis zu zwei Fusing-Zyklen).

Hmm, die nennen das zwar FPGA in ihrem Datenblatt, aber das hat mit dem, 
was wir heute unter "FPGA" verstehen, oder was Xilinx auf dem XC2064 
implementiert hat, nur sehr wenig zu tun.

Diese 82Sxxx sind große Raster mit Fuses, die man einmalig durchbrennen 
kann um Verbindungen zu trennen. Über das Raster werden dann einfache 
Inverter und AND-Gates miteinander verbunden.

Keine LUTs, keine Flipflops, kein komplexeres Routing. Ich würde die 
daher eher auf einer Stufe mit PALs sehen.

von Fpgakuechle K. (fpgakuechle) Benutzerseite


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Andreas S. schrieb:
> Offenbar wurde der Begriff FPGA zwischenzeitlich deutlich umdefiniert.
> Wenn man sich die alten FPGA von Signetics anschaut, dann fehlen dort
> jegliche Rückkopplungspfade und Latches, so dass damit nur einfache
> kombinatorische Logik realisiert werden kann. Das, was heutigen
> CPLD/FPGA am nähesten käme, wären die FPLS.

Du meinst Field Programmable Logic Sequencer wie 82S105A ?
Gabs auch anfangs der Achtziger, siehe Blockbild.

>Der ganze Webserver ist übrigens hochgradig informativ:

>http://bitsavers.informatik.uni-stuttgart.de/

Guter Tipp, merk ich mir.

> Offenbar wurde der Begriff FPGA zwischenzeitlich deutlich umdefiniert.

Es ist eben deutlich mehr möglich als vor 40 Jahren, auch bei 
programmierbarer Logik gilt Moore's Gesetz von der Verdopplung der 
Transistoren aller zwei Jahre. Also hat's heute 2**20 Transen mehr- 
Millionenfach 82S105A!!

von Burkhard K. (buks)


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Fpgakuechle K. schrieb:
>> Offenbar wurde der Begriff FPGA zwischenzeitlich deutlich umdefiniert.
>
> Es ist eben deutlich mehr möglich als vor 40 Jahren, auch bei

Ja, aber interessanter ist doch, dass Xilinx mit seiner konfigurierbaren 
Logik den Begriff FPGA etablierte, während vergleichbare Funktionalität 
bei Valvo, Signetics und TI (second source?) unter der Bezeichnung FPLS 
vermarktet wurde (TI nennt den 82S105B eine "State Machine") - und die 
Bezeichnung FPGA bei diesen Firmen für deutlich einfachere Logik-Gatter 
reserviert war.

von blubb (Gast)


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Hier hat sich jemand daran gemacht nen XC2064 genauer anzuschauen.. 
http://www.righto.com/2020/09/reverse-engineering-first-fpga-chip.html?m=1

von Fpgakuechle K. (fpgakuechle) Benutzerseite


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Burkhard K. schrieb:

> Ja, aber interessanter ist doch, dass Xilinx mit seiner konfigurierbaren
> Logik den Begriff FPGA etablierte,

Diese Formulierung der "Etablierung durch Xilinx" würde ich aus mehreren 
Gründen nicht wählen:

Es sind die Anwendungen/Anwender die einen Technologie etablieren, nicht 
ein Hersteller/Vermarkter. Bei der programmierbaren logic waren das eben 
die Hersteller von (sündhaft teuren) Tools fürs IC-Prototyping wie 
Teradyne und High-End Medizintechnik (Computertomographen). Militär 
spielte sicherlich auch eine tragende Rolle

Der wesentliche Schritt zur Marktdurchdringung war IMHO nicht das 
Hardware-design sondern die preiswerte Verfügbarkeit von Entwurftools, 
die sich auch ein 'kleines' Ingenieurbüro leisten kann. So vor 1995 
brauchte es ein IC-Systemhaus mit teueren workstations (apollo, HP-UX, 
SUN) und sündhaft teurer Designsoftware (bspw Cadance Design-Compiler 
für 100k DM/Jahr) um digitaldesigns durchzukonstruieren. Das änderte 
sich erst mit der Verfügbarkeit leistungsstärkerer PC und Software die 
auf DOS/Windows lief wie ABEL und ?WINPALassem?. Der erste 
Architekturunabhängige compiler für dergleichen war von Neocad und 
deshalb kaufte Xilinx 1995 diese Firma auf. Deshalb hieß ja lange Zeit 
die file extension für Xilinx *.ncd wie NeoCaD.
https://www.xilinx.com/publications/archives/xcell/Xcell17.pdf

Auch Hardwaredesigns hat Xilinx eingekauft, der Coolrunner II stammt 
IMHO von Phillips. Und Xilinx war lange Zeit nur ein FPGA-Hersteller 
unter vielen (Altera (Gegr 1983), Lattice, Cypress, Actel, Atmel 
(FPLSIC), Quicklogic, (AMD?)).

Also IMHO haben etliche Player aus der Halbleiter und IT-Industrie 
beigetragen, FPGA's  in der heutigen technischen Infrastruktur 
einzufügen, nicht eine Firma allein.

: Bearbeitet durch User
von Schlumpf (Gast)


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Fpgakuechle K. schrieb:
> extension für Xilinx *.ncd

Aha! sehr interessant. Das erklärt auch, warum die Xilinx tool chain so 
zerstückelt ist. Alles zusammengekauft wie mir scheint.

Ich finde das sehr interessant, was ihr da schreibt. Das sollte IMO in 
das Wiki einfließen, denke ich.

von Burkhard K. (buks)


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Fpgakuechle K. schrieb:
> Also IMHO haben etliche Player aus der Halbleiter und IT-Industrie
> beigetragen, FPGA's  in der heutigen technischen Infrastruktur
> einzufügen, nicht eine Firma allein.

Du "widerlegst" eine Aussage, die ich gar nicht gemacht habe; 
tatsächlich schrieb ich : "den Begriff FPGA etablierte".

Sofern die Daten stimmen, dann war mit Xilinx mit dem XC2064 1985 auf 
dem Markt. Altera bot 1988 mit dem MAX5000 
(https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/ds/archives/m5000.pdf) 
ein CPLD/PAL an und erst 1992 mit dem FLEX8000 
(https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/ds/archives/dsf8k.pdf) 
sein erstes FPGA. Soweit ich sehen kann, stießen alle anderen Hersteller 
erst später dazu?

Demnach hat es vor der Einführung von Alteras FLEX8000 im Jahr 1992 
bereits seit 7 Jahren rekonfigurierbare Logik unter der Bezeichnung FPGA 
gegeben.

: Bearbeitet durch User
von Fpgakuechle K. (fpgakuechle) Benutzerseite


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Burkhard K. schrieb:
> Fpgakuechle K. schrieb:
>> Also IMHO haben etliche Player aus der Halbleiter und IT-Industrie
>> beigetragen, FPGA's  in der heutigen technischen Infrastruktur
>> einzufügen, nicht eine Firma allein.
>

>
> Sofern die Daten stimmen, dann war mit Xilinx mit dem XC2064 1985 auf
> dem Markt. Altera bot 1988 mit dem MAX5000
> 
(https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/ds/archives/m5000.pdf)
> ein CPLD/PAL an und erst 1992 mit dem FLEX8000
> 
(https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/ds/archives/dsf8k.pdf)
> sein erstes FPGA. Soweit ich sehen kann, stießen alle anderen Hersteller
> erst später dazu?
>
> Demnach hat es vor der Einführung von Alteras FLEX8000 im Jahr 1992
> bereits seit 7 Jahren rekonfigurierbare Logik unter der Bezeichnung FPGA
> gegeben.

Die hat es bereits 11 Jahre vorher gegeben, nicht von Xilinx. 
Interessant ist auch ein Blick auf die Prototypen von Computer 
Chipsätzen wie beim Apple Macintosh, der Sunstation oder dem Commodore 
Amiga, einer wichtigen Anwendung für Programmierbare Logic damals. Da 
finden sich IMHO keine Xilinx.

https://www.folklore.org/StoryView.py?project=Macintosh&story=Macintosh_Prototypes.txt
https://twitter.com/tubetimeus/status/762001447273713664

> Du "widerlegst" eine Aussage, die ich gar nicht gemacht habe;
> tatsächlich schrieb ich : "den Begriff FPGA etablierte".

Ich widerspreche einer Aussage wie "Xilinx hat die FPGA-Technologie 
nachhaltig eingeführt aka etabliert", weil solches die Rolle derjenigen, 
die sich tatsächlich mit dem FPGA Tool und Hardware Kram rumgeschlagen 
und geflucht haben, komplett ignoriert.

Das ist aber IMHO das Entscheidende. Zum Vergleich, Linux wurde auch 
nicht von Linus Thorvalds etabliert, sondern von den zehntausenden 
Anwendern, die die von den Hunderten Distri-bauern und Admins 
bereitgestelltenen Applikationen (gcc, laTex, Mosaic, httpd, perl, 
gnuplot) nutzten.

Und ob Anti-Fuse, Flash, Macrocell oder SRAM basiert, sehe ich 
hinsichtlich der Frage, was nun das erste Field programmable device 
ist, als nebensächlich an. Entscheidend ist, das man komplexe Logic 
aufbauen kann ohne Wochen und Monate auf den Durchlauf durch die Foundry 
mit ihren Millionen NRE-Costs warten muß.

Wenn man eine einzelne Firma herauspicken will, dann eher NeoCAD, weil 
diese Device-unabhängige Tools schufen. Oder 'Schulungs-Helden' wie 
Eugen Krassin (PLC2), der besonders in Deutschland den Ingenieuren das 
programmierbare Logic verständlich und damit nutzbar machte.
https://www.elektronikpraxis.vogel.de/nur-logisch-25-jahre-programmable-logic-competence-center-plc2-a-948283/

Man kann Reconfigurierbarkeit der SRAM-FPGA's auch nachteilig verstehen.
Nicht nur wegen der PowerUp-Zeit, sondern auch wegen des höheren Risikos 
der (unbemerkten) Designveränderung (radiation,power surges). Oder weil 
es 'Schludrigkeit' in der Entwicklung/Spezifikation fördert, weil 
gemachte Designfehler nachträglich korregiert werden können, was zum 
Problem wird wenn diese Korrekturen im Viertelstundentakt gemacht werden 
müßen, weil vorm Drücken des 'Compile-All' Buttons nicht gründlich 
nachdachte.

von Fpgakuechle K. (fpgakuechle) Benutzerseite


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Schlumpf schrieb:
> Fpgakuechle K. schrieb:
>> extension für Xilinx *.ncd
>
> Aha! sehr interessant. Das erklärt auch, warum die Xilinx tool chain so
> zerstückelt ist. Alles zusammengekauft wie mir scheint.

Das scheint nicht nur so, das ist so. Siehe die verschiedenen 
Synthesetools die einsetzbar sind/waren Foundation, Cadance, Synplicity, 
Mentor Leonardo/precision, ebenso die Simulationstools modelsim, 
leapfrog, aldec ..

Firmen selbst sind so an die 15 gekauft worden: 
https://www.companieshistory.com/xilinx/


Oooooops -grad lese ich Xilinx selbst wird gekauft!!!
https://www.crn.com/news/components-peripherals/amd-nearing-deal-to-acquire-xilinx-for-over-30-billion-wsj

> Ich finde das sehr interessant, was ihr da schreibt. Das sollte IMO in
> das Wiki einfließen, denke ich.

Ja gerne, allerdings fehlt mir die Zeit für 'Memoiren schreiben', 
vielleicht in 2 Jahrzehnten ... Bis dahin kann man sich ja in die alten 
Magazine wie Xcell (siehe Link oben) einlesen.

: Bearbeitet durch User
von Burkhard K. (buks)


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Fpgakuechle K. schrieb:
> Die hat es bereits 11 Jahre vorher gegeben, nicht von Xilinx.

Andreas S. schrieb:
> Offenbar wurde der Begriff FPGA zwischenzeitlich deutlich umdefiniert.

Andere, bereits früher unter der Bezeichnung "Field programmable gate 
array" vermarkteten ICs waren offenbar (s.o) keine FPGAs im heute 
verstandenen Sinn, d.h. es fehlten LUTs, FFs und/oder programmierbaren 
Interconnects.

Meine konkrete Eingangsfrage lautete "Ältestes FPGA". Dabei ging es 
darum, die Frage nach dem ersten kommerziell vermarkteten "FPGA" (im 
Sinne von "konfigurierbarer Logik") zu beantworten -  das scheint 
tatsächlich das XC2064 von Xilinx zu sein, so wie in 
https://de.wikipedia.org/wiki/Field_Programmable_Gate_Array#Geschichte 
beschrieben.

Für mich ist die Frage damit geklärt. Danke für Euren Input.

von Peter D. (peda)


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Burkhard K. schrieb:
> das scheint
> tatsächlich das XC2064 von Xilinx zu sein

Ich trauere noch den Philips Coolrunnern nach (PZ5064). Keine 
Stromfresser, wie die GALs, einfach programmierbar und robuste 5V 
Technik.

https://docs.rs-online.com/7718/0900766b80027f0f.pdf

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Peter D. schrieb:
> Ich trauere noch den Philips Coolrunnern nach (PZ5064). Keine
> Stromfresser, wie die GALs, einfach programmierbar und robuste 5V
> Technik.

Die Coolrunner II gibt es doch nach wie vor bei Xilinx und sind auch 
(noch) nicht abgekündigt. Der Kern wird zwar mit 1,8 V betrieben, aber 
die I/O-Bänke können zumindest mit 1,5 V bis 3,3 V betrieben werden.

https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/cpld/coolrunner-ii.html

Die Xilinx XC9500XL sind auch noch erhältlich (z.B. bei Digi-Key), aber 
ganz klar durch die Auslistung gefährdet. Sie haben immerhin 
5V-tolerante Eingänge und I/O-Bänke mit 2,5 V bis 3,3 V.

https://www.xilinx.com/search/support-keyword-search.html#q=XC9500XL

von MCUA (Gast)


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Digitale Bausteine, die progr.bar waren gab es schon Ende 60er, Anf. 
70er Jahre (als auch ROMs, PROMs rauskamen), u.a. v. National, 
Signetics, GE, Intersil, unter verschiedenen Bezeichnungen.
(1969: XC157, mit 12 Gates)
(1971 Progr-Logic-IC von GE)
(1975 von Intersil, Signetics)
Allerdings waren die in Complexität usw nicht im Geringsten mit 
PLDs/FPGAs, wie man sie heute kennt, vergleichbar; Complexität sehr 
gering (wenige Gatter), und meist auch extrem langsam, im us Bereich, 
(waren für Computer-Anwendungen also auch damals schon zu klein und zu 
langsam !!).
---------------
Einen deutlichen Schub gab es 1978 mit Progr-Logic-ICs der Bezeichnung 
PAL (ohne OLMC), (Architektur ähnl. späterer PLDs).
..ich meine ab da konnte man diese Dinger überhaupt erst einsetzen;
   also ab da beginnt die PLD/FPGA-Neuzeit..
1983 hat AMD das PAL verbessert, 22V10 mit 10 OLMC's.
Das wollte sich eine andere Firma (später Altera genannt) nicht gefallen 
lassen und hat 1 Jahr später das PLD EP300 heraus gebracht (mit 8 MC's, 
mehr flexibel).
Danach haben AMD, Altera und Weitere diese sogenannte PLD-Architektur 
erweitert, höhere und verbesserte Complexität.
Das wollte sich eine andere Firma (später Xilinx genannt) nicht gefallen 
lassen und hat 1986 mit einer etwas anderen (aber nicht vollkommen 
anderer) Architektur den XC2064 heraus gebracht, und das LCA's genannt
  (die Bezeichnung FPGA wurde erst Jahre später eingeführt).

von Holger (Gast)


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Link:
http://www.righto.com/
runterscollen
Mit Bildern....


Reverse-engineering the first FPGA chip, the XC2064

A Field-Programmable Gate Array (FPGA) can implement arbitrary digital 
logic, anything from a microprocessor to a video generator or crypto 
miner. An FPGA consists of many logic blocks, each typically consisting 
of a flip flop and a logic function, along with a routing network that 
connects the logic blocks. What makes an FPGA special is that it is 
programmable hardware: you can redefine each logic block and the 
connections between them. The result is you can build a complex digital 
circuit without physically wiring up individual gates and flip flops or 
going to the expense of designing a custom integrated circuit.

Gruss Holger.

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