Perbedaan FPGA dengan CPLD

Field Programmable Gate Array (FPGA) pertama kali diperkenalkan oleh Xilinx pada pertengahan  tahun 1980.

FPGA berbeda dengan CPLD (Complex PLD) dari segi arsitektur, teknologi penempatan ruang, dan segi biaya.

Selain itu, FPGA lebih ditekankan untuk implementasi sirkuit besar yang kompleks serta memiliki tingkat kegunaan dan kerumitan tinggi.

Arsitektur dasar sebuah FPGA ditunjukkan pada gambar dibawah. Seperti terlihat, pada gambar 1, artsitektur FPGA terdiri atas susunan CLB (Configure Logic Blocks) yang saling terhubung dengan susunan switch matrix.

Gambar 1. Arsitektur FPGA

Arsitektur internal dari CLB FPGA berbeda dengan arsitektur yang terdapat pada PLD.

Apa bedanya?

1. Pertama, sebagai ganti dari implementasi ekspresi SOP dengan gerbang AND yang diikuti gerbang OR (seperti terdapat pada SPLD), maka digunakanlah sebuah LUT (lookup table).
2. Kedua, jumlah flip-flop di dalam FPGA lebih banyak daripada di dalam CPLD. Selain itu, FPGA memiliki bentuk sirkuit lebih canggih.

Akibatnya, FPGA memungkinkan adanya fungsi sekuensial yang lebih baik dibanding CPLD. Tambahan lagi, FPGA memiliki dukungan JTAG dan antarmuka untuk berbagai tingkat logika yang berbeda.

Selain itu, di dalam chip FPGA juga terdapat memori berupa SRAM, beberapa detak (PLL atau DLL), serta antarmuka untuk PCI. Beberapa chip FPGA juga menyertakan tambahan blok, seperti multipliers, DSP, dan microprocessors.

Perbedaan penting lain yang membedakan FPGA dengan CPLD adalah pada ruang penyimpanan interkoneksi. Jika CPLD bersifat non-volatile dan menggunkan antifuse, EEPROM, flash, dsb. maka FPGA menggunakan SRAM, dan itu bersifat volatile.

Pendekatan ini mampu menyimpan ruang dan biaya yang lebih rendah dari sebuah chip biasa karena FPGA mampu memberikan interkoneksi bersifat programmable tapi masih membutuhkan ROM eksternal. Namun ada FPGA yang non volatile (dengan menggunakan antifuse) dan lebih menguntungkan ketika pemrograman ulang (reprogrammable) tidaklah dibutuhkan.

FPGA merupakan alat yang sangat canggih dimana chipnya diproduksi dengan standar teknologi CMOS 0,09 mm dan 9 lapis tembaga serta tersedia lebih dari 1000 pin I/O.

Beberapa contoh FPGA digambarkan pada gambar 2 dimana FPGA paling kiri yang berukuran paling kecil memiliki 64 pin, FPGA yang berada di tengah dan berukuran sedang memiliki 324 pin. Sedangkan FPGA paling besar, yang berada di sebelah kanan memiliki 1.152 pin.

Gambar 2 Berbagai macam ukuran FPGA

Beberapa perusahaan pembuat FPGA adalah Xilinx, Actel, Altera, Quicklogic, Atmel, dsb.

Contoh FPGA yang berasal dari dua perusahaan besar (Xilinx dan Actel) digambarkan pada tabel 1. Seperti yang terlihat pada tabel 1, kedua FPGA tersebut memiliki beribu-ribu flip-flop dan beberapa juta gerbang.

Tabel 1

Catatan, bahwa semua FPGA buatan Xilinx bersifat volatile (membutuhkan ROM eksternal) dan menggunakan SRAM untuk menyimpan interkoneksi sehingga bersifat reprogrammable.

Di sisi lain, FPGA buatan Actel bersifat non-volatile(menggunakan antifuse) dan bersifat non-reprogrammable(kecuali keluarga jenis tertentu yang mengunakan memory flash).

Referensi : Circuit Design with VHDL by Volnei A. Pedroni, published by MIT Press.