Chip Talks: FPGA’nın Kalbine Yolculuk

FPGA, yani Field Programmable Gate Array (Saha Programlanabilir Kapı Dizisi), adından da anlaşılacağı gibi üretildikten sonra bile yeniden yapılandırılabilen bir donanımdır.
Yani bir kez programladığınızda sabit kalan mikrodenetleyicilerin aksine, FPGA içindeki mantık yapısını dilediğiniz kadar değiştirebilirsiniz.

Bir FPGA’nın temeli Configurable Logic Block (CLB) adı verilen küçük yapı taşlarına dayanır. Her CLB içinde birkaç LUT (Look-Up Table), flip-flop ve ara bağlantı hattı bulunur.
Bu LUT yapıları sayesinde FPGA, AND, OR, XOR, MUX gibi temel mantık işlemlerini gerçekleştirebilir.
Binlerce CLB bir araya geldiğinde, FPGA adeta bir programlanabilir dijital devre laboratuvarı haline gelir.

Bu esneklik sayesinde aynı FPGA üzerinde bir gün UART haberleşmesi tasarlarken, ertesi gün görüntü işleme algoritması veya RISC-V işlemci çekirdeği çalıştırabilirsiniz.
Yani FPGA, donanım mühendisinin elinde şekil alan “yeniden doğan silikon” gibidir.

FPGA Nasıl Programlanır?

FPGA’yı programlamak için genellikle Verilog veya VHDL gibi donanım tanımlama dilleri (HDL) kullanılır.
Bu dillerle yazılan kodlar, FPGA üzerinde fiziksel devre yapılarına dönüştürülür.

Bu süreç şu adımlardan oluşur:

1. RTL Tasarımı (Register Transfer Level): Donanım davranışının kodlandığı aşama.
2. Sentez: Kodun kapı düzeyinde bir netlist’e dönüştürülmesi.
3. Placement & Routing: Mantık elemanlarının FPGA üzerindeki fiziksel yerleşimi ve bağlantısı.
4. Bitstream Üretimi: Sonuçta oluşan yapı, “bitstream” adlı dosya ile FPGA’ya yüklenir.

Kısaca, Verilog’daki her satır bir “devre parçasına” karşılık gelir. Yazılım derlenirken kod CPU’da çalışır; FPGA derlenirken kod silikonun fiziksel bağlantılarını değiştirir.

FPGA Dünyasından Güncel Bir Bakış

2025 itibarıyla FPGA pazarı, özellikle yapay zeka hızlandırıcıları, 5G haberleşme sistemleri ve savunma elektroniği alanlarında büyümeye devam ediyor.
AMD’nin Xilinx’i satın alması sonrası, yüksek performanslı “Adaptive SoC” serileri (örneğin Versal AI Core) büyük ilgi görüyor.
Intel (eski adıyla Altera) tarafında ise Agilex ailesi, veri merkezi uygulamalarında rekor performans sergiliyor.

Aynı zamanda açık kaynak FPGA ekosistemi de giderek güçleniyor.
Yosys, nextpnr, LiteX gibi araçlar, akademisyenler ve bağımsız geliştiriciler için özgür ve güçlü bir alternatif oluşturuyor.
Hatta Türkiye’deki bazı üniversiteler, bu açık kaynak araçları TEKNOFEST ve TÜBİTAK 2209 projelerinde aktif olarak kullanmaya başladı bile.

Mühendis Gözünden Bir Deneyim

FPGA’larla çalışmak bana göre mühendisliğin en saf halidir.
Çünkü burada yalnızca “ne olacak” değil, “nasıl olacak” sorusuna da fiziksel düzeyde yanıt bulursunuz.
Bir sinyalin saat darbesiyle senkron ilerleyişini, bir modülün hatalı zamanlamadan dolayı kilitlenmesini veya bir FSM’in doğru anda durmasını gözle görebilirsiniz. Bir FPGA tasarımı, sadece bir proje değildir; aynı zamanda mantığın devreye dönüşümünü izleme sanatıdır.
Ve işin en büyüleyici kısmı şudur: Her başarılı tasarım, aslında çipin içinde kendi mantığınızı “donanım olarak var etmek” anlamına gelir.

Kapanış Notu

Bu yazı ChipTalks serisinin ilk bölümü.
Bir sonraki bölümde, “Verilog’a İlk Adım: Donanımı Kodlamak” başlığı altında, FPGA dünyasının temel diline birlikte adım atacağız.

 -> FPGA, kodu devreye dönüştürür — ama asıl dönüştürdüğü, mühendislik bakış açınızdır.