Definición de FPGA (Field Programmable Gate Array)
Un FPGA (Field Programmable Gate Array) es un dispositivo semiconductor compuesto por una matriz de bloques lógicos y elementos de interconexión programables. Estos bloques pueden configurarse para realizar funciones lógicas específicas, permitiendo a los usuarios diseñar circuitos digitales personalizados según sus necesidades. Los FPGA surgieron como una evolución de tecnologías previas como los PAL y CPLD, ofreciendo mayor flexibilidad y capacidad de reconfiguración.
Una característica fundamental de los FPGA es su reprogramabilidad. Esto significa que pueden ser configurados y reconfigurados varias veces, a diferencia de otros circuitos integrados como los ASIC, que solo pueden ser programados una vez durante su fabricación. No obstante, existen versiones de FPGA que solo permiten una programación.
En términos de rendimiento, los FPGA suelen ser más lentos y consumir más energía que los ASIC, pero son más económicos y versátiles, especialmente para prototipado, desarrollo de productos personalizados o aplicaciones que requieren cambios frecuentes en el hardware. Por ejemplo, en el desarrollo de sistemas de procesamiento de señales, un FPGA permite modificar la lógica de procesamiento sin necesidad de fabricar un nuevo chip.
La configuración de la mayoría de los FPGA es volátil, lo que significa que se pierde cuando el dispositivo se apaga y debe ser recargada al encenderse. Esta configuración suele almacenarse en memorias externas como PROM o EEPROM, o bien en memorias flash internas en modelos más modernos.
Los FPGA se programan utilizando lenguajes de descripción de hardware (HDL, por sus siglas en inglés), siendo los más comunes VHDL, Verilog y ABEL. Estos lenguajes permiten describir el comportamiento y la estructura del hardware de manera similar a cómo los lenguajes de programación tradicionales describen el software.
Ejemplo: Un ingeniero puede utilizar un FPGA para crear un acelerador de hardware para algoritmos de inteligencia artificial, reconfigurando el dispositivo según evolucionan los algoritmos sin cambiar el hardware físico.
Ventajas y desventajas de los FPGA
- Ventajas: Flexibilidad, reprogramabilidad, menor costo inicial, ideal para prototipos y producción en volúmenes bajos o medianos, posibilidad de corrección de errores tras la fabricación.
- Desventajas: Menor velocidad y mayor consumo de energía frente a los ASIC, tamaño físico mayor para una misma funcionalidad, configuración volátil en la mayoría de los casos.
Comparación con tecnologías similares
- FPGA vs ASIC: Los FPGA pueden reprogramarse y adaptarse a nuevas necesidades, mientras que los ASIC son óptimos para producción masiva y máxima eficiencia, pero no pueden modificarse una vez fabricados.
- FPGA vs CPLD: Los CPLD son más simples, con menor capacidad lógica y suelen utilizarse para tareas de control o glue logic, mientras que los FPGA son adecuados para aplicaciones complejas y procesamiento intensivo.
Aplicaciones de los FPGA
Los FPGA se emplean en una amplia variedad de campos, incluyendo telecomunicaciones, procesamiento de señales digitales, sistemas embebidos, automoción, aeroespacial, defensa, y prototipado rápido de hardware. Por ejemplo, en sistemas de comunicaciones, los FPGA permiten implementar y actualizar protocolos de red de manera eficiente.
Ejemplos históricos
Entre los primeros FPGA destacan el secuenciador 82S105, que incluía funciones de flip-flop, y la matriz 82S100 (matriz de AND), ambos lanzados a finales de los años 70 por Signetics.
Principales fabricantes de FPGA
Los líderes del mercado son Xilinx y Altera (ahora parte de Intel), que juntos controlan aproximadamente el 80% del mercado global. Otros fabricantes importantes incluyen Lattice Semiconductor, Actel (ahora Microsemi), SiliconBlue Technologies, Achronix y QuickLogic.
Innovaciones recientes
Con el avance de la tecnología, los FPGA han mejorado en capacidad, rendimiento y eficiencia energética. Se están adoptando técnicas como el apilamiento de chips y el empaquetado en 3D para lograr dispositivos más potentes y compactos. Además, algunos modelos integran procesadores ARM y otros periféricos, facilitando el desarrollo de sistemas heterogéneos en un solo chip.
Resumen: FPGA
Un FPGA es un dispositivo semiconductor programable y reprogramable, compuesto por bloques lógicos y conexiones configurables. Aunque ofrecen menor velocidad y mayor consumo que los ASIC, destacan por su flexibilidad y menor costo inicial. Se programan mediante lenguajes HDL como VHDL y Verilog, y sus principales fabricantes son Xilinx e Intel (Altera).
¿Qué significa FPGA?
FPGA significa Field Programmable Gate Array, es decir, matriz de puertas lógicas programable en campo. Se refiere a su capacidad para ser configurado por el usuario final después de la fabricación.
¿Cuál es la diferencia entre un FPGA y un ASIC?
La principal diferencia es que los FPGA pueden ser reprogramados cuantas veces sea necesario, mientras que los ASIC son diseñados para una función específica y no pueden modificarse tras su fabricación. Los FPGA son ideales para prototipos y cambios frecuentes, los ASIC para producción en masa y máxima eficiencia.
¿Qué pasa con la configuración de un FPGA cuando se aplica energía?
En la mayoría de los casos, la configuración del FPGA es volátil y debe recargarse cada vez que se enciende el dispositivo. Por ello, se utiliza una memoria externa (PROM, EEPROM o flash) para almacenar la configuración y cargarla automáticamente al inicio.
¿Qué lenguajes de programación se utilizan para programar los FPGA?
Los lenguajes más usados para programar FPGA son VHDL, Verilog y ABEL, todos ellos considerados HDL (Hardware Description Language), permitiendo describir el comportamiento y la estructura del hardware digital.
¿Cuáles son algunos ejemplos de los primeros FPGA?
Ejemplos históricos incluyen el secuenciador 82S105, con funciones flip-flop, y la matriz 82S100, una matriz de puertas AND, ambos desarrollados por Signetics en los años 70.
¿Cuáles son los principales fabricantes de FPGAs?
Los principales fabricantes son Xilinx (actualmente parte de AMD) e Intel (tras adquirir Altera), que lideran el mercado. Otros actores reconocidos son Lattice Semiconductor, Microsemi (Actel), SiliconBlue Technologies, Achronix y QuickLogic.
Autor: Leandro Alegsa
Actualizado: 12-07-2025
¿Cómo citar este artículo?
Alegsa, Leandro. (2025). Definición de FPGA. Recuperado de https://www.alegsa.com.ar/Dic/fpga.php
