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FPGA是什么 —— 它的工作原理及其用途

作者: 時間:2024-10-24 來源: 收藏

是什么?

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202410/463972.htm

現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,簡稱 )是一種集成電路(IC),可以開發(fā)定制邏輯,用于快速原型設計和最終系統(tǒng)設計。與其他定制或半定制的集成電路不同,其自身的靈活性使其可以通過下載軟件進行編程和重新編程,適應所設計的大型系統(tǒng)不斷變化的需求。FPGA非常適合當今各類快速發(fā)展的應用,如網(wǎng)絡邊緣計算、人工智能(AI)、系統(tǒng)安全、5G、工廠自動化和機器人技術。

為什么使用FPGA而不是其他類型的集成電路?

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FPGA的主要優(yōu)勢在于其可編程架構,它允許設計人員對器件進行快速編程(和重新編程),以執(zhí)行幾乎任何功能。通過使用可下載的軟件更新,即使在FPGA集成到應用中后,也可以實現(xiàn)這種可重新編程性(因此,“現(xiàn)場可編程門陣列”中的“現(xiàn)場可編程”由此得名)。這種固有的靈活性還有助于加快基于FPGA設計的上市,因為FPGA的功能可以與整體系統(tǒng)設計同步開發(fā)或更改。

FPGA的另一個優(yōu)點是其并行處理能力。通過其架構中的海量的門,F(xiàn)PGA能夠以并行方式處理數(shù)據(jù),即同時執(zhí)行操作,而不是按順序執(zhí)行。這種處理方式更適合高性能計算應用(如人工智能),以更低的時鐘速度、更低的功耗提供更高的性能。

其他類型的集成電路,如微控制器(MCU)、微處理器(MPU)、專用集成電路(ASIC)和專用標準產(chǎn)品(ASSP),在部署時具有固定功能,采用串行方式(即一個接一個)運行。缺乏可編程性會縮短系統(tǒng)部署后的使用壽命。串行處理會導致功耗增加,因為集成電路需要使用更高速的時鐘才能跟上處理工作量。這對于需要更高計算性能的應用(如網(wǎng)絡邊緣人工智能,也需要支持低功耗運行)來說是個問題。

如何對FPGA進行編程或配置?

FPGA需要進行配置,這樣器件的邏輯電路和互連線資源才能知道它們在實現(xiàn)特定應用時應發(fā)揮什么作用。開發(fā)人員使用專用軟件(一般由FPGA供應商提供),通過圖形設計捕獲(一般用于較小的FPGA)或硬件描述語言(HDL)設計FPGA中要實現(xiàn)的邏輯。

然后,軟件通過綜合來“編譯”設計,之后根據(jù)最適合目標FPGA對邏輯布局布線,然后軟件創(chuàng)建一個位流,用于配置(或編程)FPGA。位流下載到FPGA后,器件就可以執(zhí)行自定義的任務。

FPGA用在何處?

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簡而言之,無處不在。FPGA被廣泛應用于不斷增長的通信、計算、工業(yè)、汽車和消費市場,包括人工智能和機器學習(ML)推理、數(shù)據(jù)協(xié)同處理、嵌入式視覺和安全系統(tǒng)控制等等。



關鍵詞: FPGA

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