关于小悟志网站地图归档友情链接联系Feed

云上小悟 + 

首页 » InfoTech »

FPGA技术的优势

InfoTech
2017年5月24日 / 26次阅读
标签:计算机

拍拍贷

文章《FPGA技术的优势》的特色图片

什么是FPGA?

FPGA(Field-Programmable Gate Array)是可重新编程的硅芯片。

使用预建的逻辑块和可重新编程布线资源,用户无需再使用电路试验板或烙铁,就能配置这些芯片来实现自定义硬件功能。 用户在软件中开发数字计算任务,并将它们编译成配置文件或比特流,其中包含元器件相互连接的信息。 此外,FPGA可完全可重配置,当用户在重新编译不同的电路配置时,能够当即呈现全新的特性。 过去,只有熟知数字硬件设计的工程师懂得使用FPGA技术。 然而,高层次设计工具的兴起正在改变FPGA编程的方式,其中的新兴技术能够将图形化程序框图、甚至是C代码转换成数字硬件电路。

各行各业纷纷采用FPGA芯片是源于FPGA融合了ASIC(Application Specific Integrated Circuit)和基于处理器的系统的最大优势。 FPGA能够提供硬件定时的速度和稳定性,且无需类似自定制ASIC设计的巨额前期费用的大规模投入。 可重新编程的硅芯片的灵活性与在基于处理器的系统上运行的软件相当,但它并不受可用处理器内核数量的限制。 与处理器不同的是,FPGA属于真正的并行实行,因此不同的处理操作无需竞争相同的资源。 每个独立的处理任务都配有专用的芯片部分,能在不受其它逻辑块的影响下自主运作。 因此,添加更多处理任务时,其它应用性能也不会受到影响。

 

FPGA技术的五大优势

性能

上市时间

成本

稳定性

长期维护

性能:

利用硬件并行的优势,FPGA打破了顺序执行的模式,在每个时钟周期内完成更多的处理任务,超越了数字信号处理器(DSP)的运算能力。 著名的分析与基准测试公司BDTI,发布基准表明在某些应用方面,FPGA每美元的处理能力是DSP解决方案的多倍。在硬件层面控制输入和输出(I/ O)为满足应用需求提供了更快速的响应时间和专业化的功能。

上市时间:

尽管上市的限制条件越来越多,FPGA技术仍提供了灵活性和快速原型的能力。 用户可以测试一个想法或概念,并在硬件中完成验证,而无需经过自定制ASIC设计漫长的制造过程。3由此用户就可在数小时内完成逐步的修改并进行FPGA设计迭代,省去了几周的时间。 商用现成(COTS)硬件可提供连接至用户可编程FPGA芯片的不同类型的I/O。 高层次的软件工具的日益普及降低了学习曲线与抽象层,并经常提供有用的IP核(预置功能)来实现高级控制与信号处理。

成本:

自定制ASIC设计的非经常性工程(NRE)费用远远超过基于FPGA的硬件解决方案所产生的费用。 ASIC设计初期的巨大投资表明了原始设备制造商每年需要运输数千种芯片,但更多的最终用户需要的是自定义硬件功能,从而实现数十至数百种系统的开发。 可编程芯片的特性意味着用户可以节省制造成本以及漫长的交货组装时间。 系统的需求时时都会发生改变,但改变FPGA设计所产生的成本相对ASCI的巨额费用来说是微不足道的。

稳定性:

软件工具提供了编程环境,FPGA电路是真正的编程“硬”执行过程。 基于处理器的系统往往包含了多个抽象层,可在多个进程之间计划任务、共享资源。 驱动层控制着硬件资源,而操作系统管理内存和处理器的带宽。 对于任何给定的处理器内核,一次只能执行一个指令,且基于处理器的系统时刻面临着严格限时的任务相互取占的风险。 而FPGA不使用操作系统,拥有真正的并行执行和专注于每一项任务的确定性硬件,可减少稳定性方面出现问题的可能。

长期维护:

正如上文所提到的, FPGA芯片是现场可升级的,无需重新设计ASIC所涉及的时间与费用投入。 举例来说,数字通信协议包含了可随时间改变的规范,而基于ASIC的接口可能会造成维护和向前兼容方面的困难。 可重新配置的FPGA芯片能够适应未来需要作出的修改。 随着产品或系统成熟起来,用户无需花费时间重新设计硬件或修改电路板布局就能增强功能。

本文链接:http://www.maixj.net/ict/fpga-15450
云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

相关文章

评论是美德

《FPGA技术的优势》有4条评论

无力满足评论实名制,评论对非实名注册用户关闭,有事QQ:1093023102.

  • 麦新杰

    目前FPGA的应用主要方向,是传统方向主要用于通信设备的高速接口电路设计,这一方向主要是用FPGA处理高速接口的协议,并完成高速的数据收发和交换。这类应用通常要求采用具备高速收发接口的FPGA,同时要求设计者懂得高速接口电路设计和高速数字电路板级设计,具备EMC/EMI设计知识,以及较好的模拟电路基础,需要解决在高速收发过程中产生的信号完整性问题。FPGA最初以及到目前最广的应用就是在通信领域,一方面通信领域需要高速的通信协议处理方式,另一方面通信协议随时在修改,非常不适合做成专门的芯片(可编程)。因此能够灵活改变功能的FPGA就成为首选。到目前为止FPGA的一半以上的应用也是在通信行业。 [ ]

  • 麦新杰

    FPGA 为什么比 GPU 的延迟低这么多?这本质上是体系结构的区别。FPGA 同时拥有流水线并行和数据并行,而 GPU 几乎只有数据并行(流水线深度受限)。例如处理一个数据包有 10 个步骤,FPGA 可以搭建一个 10 级流水线,流水线的不同级在处理不同的数据包,每个数据包流经 10 级之后处理完成。每处理完成一个数据包,就能马上输出。而 GPU 的数据并行方法是做 10 个计算单元,每个计算单元也在处理不同的数据包,然而所有的计算单元必须按照统一的步调,做相同的事情(SIMD,Single Instruction Multiple Data)。这就要求 10 个数据包必须一起输入、一起输出,输入输出的延迟增加了。当任务是逐个而非成批到达的时候,流水线并行比数据并行可实现更低的延迟。因此对流式计算的任务,FPGA 比 GPU 天生有延迟方面的优势。 [ ]

  • 麦新杰

    FPGA相比其他芯片,最大的优点表现在低延迟性、可编程性、低功耗。 李博杰(微软亚洲研究院):低延迟的流式处理,需要最多的地方就是通信(低延迟)。然而 CPU 由于并行性的限制和操作系统的调度,做通信效率不高,延迟也不稳定。此外,通信就必然涉及到调度和仲裁,CPU 由于单核性能的局限和核间通信的低效,调度、仲裁性能受限,硬件则很适合做这种重复工作。因此我的博士研究把 FPGA 定义为通信的「大管家」,不管是服务器跟服务器之间的通信,虚拟机跟虚拟机之间的通信,进程跟进程之间的通信,CPU 跟存储设备之间的通信,都可以用 FPGA 来加速。 [ ]

  • 麦新杰

    FPGA比ASIC灵活;跟CPU比,又似乎是两个世界的产品。 [ ]


前一篇:
后一篇:

栏目精选


©Copyright 麦新杰 Since 2014 云上小悟独立博客版权所有 备案号:苏ICP备14045477号-1

网站二维码
拍拍贷
go to top