FPGA的案例
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FPGA (Field Programmable Gate Array)即現(xiàn)場可編程門陣列。它是在PLA、PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。
1、 FPGA簡介
FPGA普遍用于實現(xiàn)數(shù)字電路模塊，用戶可對FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實現(xiàn)用戶的需求。它還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。可以毫不夸張的講，FPGA能完成任何數(shù)字器件的功能，下至簡單的74電路，上至高性能CPU，都可以用FPGA來實現(xiàn)。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)。
2、FPGA發(fā)展史
FPGA的發(fā)展歷史如下圖所示。相對于PROM、PAL/GAL、CPLD而言，FPGA規(guī)模更大性能更高。
圖1 FPGA發(fā)展史
FPGA芯片主流生產(chǎn)廠家包括Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi，其中前兩家的市場份額合計達到88%。目前FPGA主流廠商全部為美國廠商。國產(chǎn)FPGA由于研發(fā)起步較美國晚至少20年，目前還處于成長期，僅限于低端，在通信市場還沒有成熟應(yīng)用。
2015年12月，Intel公司斥資167億美元收購了Altera公司。Altera被收購后不久即制定了英特爾處理器與FPGA集成的產(chǎn)品路線圖。這兩種產(chǎn)品集成的好處是可以提供創(chuàng)新的異構(gòu)多核架構(gòu)，適應(yīng)例如人工智能等新市場的需求，同時能大幅縮減功耗。
展開 FPGA技術(shù)將如何發(fā)展？
根據(jù)應(yīng)用需求，可選擇低端、中端或高端FPGA配置。
FPGA架構(gòu)概述
一般的FPGA架構(gòu)設(shè)計包括三類模塊。它們是I/O塊、開關(guān)矩陣和可配置邏輯塊(CLB)。FPGA是一種半導(dǎo)體器件，由通過可編程連接耦合的邏輯塊組成。
邏輯塊由帶有一組輸入的查找表(LUT)組成，使用基本內(nèi)存(如SRAM或Flash)來保存布爾函數(shù)。為了支持時序電路，每個LUT都連接到一個多路復(fù)用器和一個觸發(fā)器寄存器。類似地，可以構(gòu)建許多LUT來處理復(fù)雜的函數(shù)。根據(jù)FPGA的配置，FPGA分為三種類型:低端、中端和高端。Xilinx的Artix-7/Kintex-7系列，Lattice半導(dǎo)體公司的ECP3和ECP5系列是一些流行的低功耗和低設(shè)計密度的FPGA設(shè)計。而Xilinx的Virtex家族，Microsemi的ProASIC3家族，Intel的Stratix家族都是為高性能和高設(shè)計密度而設(shè)計的。
FPGA固件開發(fā)
由于FPGA是一個可編程邏輯陣列，因此必須對邏輯進行配置以滿足系統(tǒng)的需要。固件是數(shù)據(jù)的集合，提供配置。由于FPGA的復(fù)雜性，利用該軟件設(shè)計了專用FPGA。用戶通過提供硬件描述語言(HDL)定義或原理圖設(shè)計來啟動FPGA設(shè)計過程。VHDL (VHSIC硬件描述語言)和Verilog是兩種常用的HDL。之后，FPGA設(shè)計過程的下一步是為所使用的FPGA系列開發(fā)一個網(wǎng)絡(luò)列表。這是使用電子設(shè)計自動化程序開發(fā)的，并概述了必要的FPGA內(nèi)的連接性。
展開 國產(chǎn)FPGA發(fā)展現(xiàn)狀
如果從軟件和生態(tài)方面看，國內(nèi)FPGA企業(yè)與國際領(lǐng)先廠商之間更是有八到十年的差距。如果想追上，尤其是在中高密度產(chǎn)品上追上國際領(lǐng)先者，國內(nèi)FPGA廠商還需要很長的一段路要走，王海力補充說。
高云半導(dǎo)體工程副總裁王添平先生也表示，目前活躍在市場的國產(chǎn)FPGA產(chǎn)品中，多以中低密度產(chǎn)品為主。這些產(chǎn)品從定義、芯片設(shè)計、生產(chǎn)工藝、芯片封裝、應(yīng)用軟件、乃至實際銷售，都有不錯的表現(xiàn)，高云的低密度產(chǎn)品在某些細分領(lǐng)域正在全面取代國外廠商。但在他看來，對于國內(nèi)大部分的中高低密度的FPGA，其架構(gòu)都逃不開LUT+布線的概念，具體到產(chǎn)品，各自側(cè)重的技術(shù)、IP乃至相應(yīng)的應(yīng)用市場也都是各有針對性。如果從這個角度看來，國產(chǎn)廠商在中高密度FPGA的技術(shù)水平與國際領(lǐng)先廠商相比，在硬件設(shè)計和軟件方面還有一定的差距。
雖然差距很明顯，但對于國內(nèi)廠商來說，負重前行是一種必然的使命。王添平也認同這個觀點。他指出，盡管FPGA全球市場銷售額近年來的年增長率一直徘徊在個位數(shù)，但其進入各類新興市場如大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、硬件加速、汽車自動駕駛以及消費等領(lǐng)域的速度卻非常吸引眼球，乃至人們對FPGA特別是國產(chǎn)FPGA的未來發(fā)展充滿期待，資本進入該領(lǐng)域也日趨活躍。
“在民用及其他市場上，我們都看到了多家國產(chǎn)FPGA的身影，眾多國產(chǎn)FPGA廠家涌進跑道，對整個FPGA產(chǎn)業(yè)競爭、人才培養(yǎng)和產(chǎn)品快速升級以及FPGA產(chǎn)業(yè)上下游資源整合，都是絕好的機會。”王添平告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察的記者。
回看過去幾十年的發(fā)展，FPGA和其他芯片領(lǐng)域一樣，經(jīng)歷了初創(chuàng)者大量涌入，百發(fā)齊放，然后整合的階段。數(shù)據(jù)顯示，1990年的時候，全球的FPGA玩家有20多家，但現(xiàn)在已經(jīng)屈指可數(shù)。更重要的是，經(jīng)過這段發(fā)展，FPGA的市場也同樣集中到兩個大玩家手里。
展開 FPGA：AI ASIC的必經(jīng)之路？
至此，FPGA AI這樣一來設(shè)計迭代速度（尤其是配合了Chisel，HLS等敏捷開發(fā)流程之后）可以遠遠快于傳統(tǒng)ASIC流程，同時硬件的能效比則遠高于傳統(tǒng)的CPU／GPU。這一招在異構(gòu)計算得到越來越多重視的今天可謂是迎合了潮流。這也是為什么我們看到微軟，亞馬遜都紛紛在云端數(shù)據(jù)中心部署FPGA，而Intel則也在往高端CPU里加入Altera FPGA。未來，這種新的模式可望成為FPGA市場的一個新成長點，值得我們關(guān)注。
最后做個小總結(jié)，
（1）對于AI硬件的實現(xiàn)而言，FPGA和ASIC的 優(yōu)化路徑有很大區(qū)別，從FPGA到ASIC的直接移植并不是一種高效的做法。
（2）強調(diào)一下這里并不是說基于FPGA的AI實現(xiàn)就沒有未來，（相反我覺得還潛力無限），本文只是對于從FPGA到ASIC的直接移植提出了一點小想法。我們預(yù)計FPGA將會配合敏捷設(shè)計擁有自己的新生態(tài)。
（3）FPGA對SoC設(shè)計流程的影響正在從原型驗證往硬件模擬的角度發(fā)展，你的產(chǎn)品有沒有掉隊呢？
展開 
國產(chǎn)FPGA的挑戰(zhàn)與機遇
但在國產(chǎn)FPGA方面，雖然有了不少的的參與者，但國內(nèi)廠商在這方面還有很長的一條路要走。
在日前的南京國際集成電路技術(shù)達摩論壇上，國產(chǎn)FPGA廠商紫光同創(chuàng)電子有限公司常務(wù)副總裁發(fā)表了題為《FPGA中國芯的機遇與挑戰(zhàn)》的演講，講述了國產(chǎn)FPGA的挑戰(zhàn)與機遇。從他的介紹中我們得知，Xilinx、Intel的FPGA在全球遙遙領(lǐng)先，而國產(chǎn)廠商基本都是集中在中小規(guī)模的產(chǎn)品布局，也開始有些廠商往高端產(chǎn)品進攻。以紫光同創(chuàng)為例，他們正在研發(fā)700K大規(guī)模的產(chǎn)品，向更端的市場出發(fā)。
國產(chǎn)FPGA面臨的挑戰(zhàn)
王佩寧首先總結(jié)了國產(chǎn)FPGA的現(xiàn)狀，根據(jù)他的說法，現(xiàn)在的國產(chǎn)FPGA擁有市占率極低、技術(shù)壁壘高和市場認可度低三個特點。他指出，在國內(nèi)過百億的FPGA市場中，國產(chǎn)的市占率不到3%，商用市場的國產(chǎn)化率更是低得驚人。就算在對國產(chǎn)有高度支持的政府部門中，國產(chǎn)FPGA的應(yīng)用率不足30%，切都是以兼容產(chǎn)品替代為主。
來到專利方面，王佩寧指出，Xilinx和Intel兩家FPGA廠商的FPGA專利超過6000項，當中覆蓋了單元架構(gòu)、IP和互聯(lián)等各方面的核心技術(shù)。本身國內(nèi)的研發(fā)技術(shù)就相對落后，缺乏創(chuàng)新，在這種專利包圍圈下，國產(chǎn)FPGA智能采用被動創(chuàng)新，反復(fù)驗證的方式，這就使得研發(fā)成本降不下來。
得不到市場的廣泛認可，則是國產(chǎn)FPGA的另一無奈。
王佩寧在演講中提到，國外FPGA產(chǎn)品在國內(nèi)耕耘了20多年，根深蒂固。
展開 FPGA虛擬化：突破次元壁的技術(shù)
來源：老石談芯
作者：老石
1 利用FPGA虛擬化突破時空限制
在傳統(tǒng)的FPGA開發(fā)模型中，使用者通常使用硬件描述語言（HDL）對應(yīng)用場景進行建模，然后通過特定的FPGA開發(fā)工具將硬件模型映射到FPGA上，最終生成可以運行的FPGA映像。
這種開發(fā)模式的另外一個主要缺點是，FPGA只能由單一用戶開發(fā)和使用，而與應(yīng)用場景、FPGA的產(chǎn)品種類等無關(guān)。比如對于一個對資源需求不大、而且不需要連續(xù)運行的應(yīng)用而言，大部分FPGA的硬件資源在大部分時間內(nèi)都會閑置。很顯然，這樣很難在時空范圍內(nèi)對FPGA進行充分利用，見下圖。
為了提高FPGA的開發(fā)效率、更好的利用FPGA的邏輯資源、方便FPGA的大規(guī)模部署和應(yīng)用，需要將FPGA進行一定程度的邏輯抽象，使頂層用戶不必太多關(guān)注于FPGA硬件邏輯的實現(xiàn)方式與細節(jié)。由此，FPGA虛擬化技術(shù)就應(yīng)運而生。
可以說，FPGA虛擬化技術(shù)打破了時間和空間維度的限制，使用戶能夠輕松的在不同時間，對多個FPGA的各類資源進行充分的調(diào)度與使用，見上圖。
FPGA虛擬化技術(shù)目前仍在發(fā)展初期，是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點。
展開 FPGA在大數(shù)據(jù)時代的機遇與挑戰(zhàn)
圖11：英特爾基于FPGA的可編程加速卡
第三，FPGA的應(yīng)用也逐步擴展到網(wǎng)絡(luò)邊緣和端點，例如智能安防、視頻采集和處理、自動駕駛和機器人等等，直接在數(shù)據(jù)來源進行計算加速，并進行人工智能模型的推斷和處理。
圖12：FPGA在邊緣網(wǎng)絡(luò)計算中的應(yīng)用場景
邊緣計算+人工智能通常是國內(nèi)外初創(chuàng)企業(yè)切入市場的主要領(lǐng)域。這一方面是由于數(shù)據(jù)中心市場太過龐大，因此被巨頭牢牢把持難以進入，另一方面也是由于在這個領(lǐng)域更容易通過創(chuàng)新的算法和方案獲得一席之地。我國的兩個主要代表企業(yè)就是地平線和深鑒科技。其中，前者已獲得英特爾領(lǐng)投的A+輪近一億美元投資，并通過此次投資將FPGA 事業(yè)部負責(zé)人Dan McNamara安排加入了地平線的董事會；而后者已在A+輪融資后被另一個FPGA大廠Xilinx全資收購。由此，可以十分清晰的看到FPGA公司對邊緣計算和人工智能領(lǐng)域的積極布局。
FPGA開發(fā)的
痛點與潛在方案
至此可以看到，英特爾已經(jīng)在泛數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域開展了全面的布局和規(guī)劃。其中，FPGA在驅(qū)動大數(shù)據(jù)傳輸和計算這兩個關(guān)鍵領(lǐng)域均扮演著重要角色，并且覆蓋了從云端到網(wǎng)絡(luò)邊緣的各個部分。然而，盡管FPGA被某些國內(nèi)媒體熱捧為“萬能芯片”，真正的實現(xiàn)對FPGA的廣泛使用還是存在很多難點亟待克服。
第一，學(xué)界和業(yè)界仍然沒有開創(chuàng)性的方法簡化FPGA的開發(fā)，這可以說是現(xiàn)階段制約FPGA廣泛使用的最大障礙。和CPU或GPU成熟的編程模型和豐富的工具鏈相比，高性能的FPGA設(shè)計仍然大部分依靠硬件工程師編寫RTL模型實現(xiàn)。
展開 FPGA開發(fā)必須知道的五件事
為了實現(xiàn)系統(tǒng)級集成，FPGA需要采用更先進的封裝技術(shù)，如2.5D或3D堆疊技術(shù)，以實現(xiàn)高密度、高帶寬和低延遲的互連。
第三，平臺化和可編程性的提升：為了滿足不同應(yīng)用場景和用戶需求，FPGA需要提供更高層次的抽象和可編程性，以降低開發(fā)門檻和時間。例如，賽靈思推出了ACAP（Adaptive Compute Acceleration Platform）平臺，它是一種新型的FPGA架構(gòu)，可以通過軟件工具和庫來配置和優(yōu)化不同類型的計算引擎，如邏輯、存儲、DSP、AI等。ACAP平臺可以實現(xiàn)更快速、更靈活、更智能的計算加速。
第四，新興應(yīng)用領(lǐng)域的驅(qū)動：隨著科技的進步和社會的發(fā)展，FPGA面臨著新興應(yīng)用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和機遇。例如，在5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，FPGA需要提供更高的帶寬、更低的延遲、更強的安全性和更好的適應(yīng)性。為了適應(yīng)這些應(yīng)用領(lǐng)域，FPGA需要不斷創(chuàng)新和優(yōu)化其架構(gòu)、功能和接口。
身為FPGA開發(fā)大軍的一員，希望本文給你帶來了或多或少的幫助。FPGA作為一種靈活、高效的數(shù)字電路解決方案，在各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。未來，我們可以期待更多更先進的FPGA應(yīng)用出現(xiàn)，為我們的生活帶來更多的改變和便利。
展開 【知識分享】CPLD/FPGA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理
由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度從數(shù)萬門到數(shù)千萬門不等，可以完成極其復(fù)雜的時序與邏輯組合邏輯電路功能，所以適用于高速、高密度的高端數(shù)字邏輯電路設(shè)計領(lǐng)域。其組成部分主要有可編程輸入/輸出單元、基本可編程邏輯單元、內(nèi)嵌SRAM、豐富的布線資源、底層嵌入功能單元、內(nèi)嵌專用單元等，主要設(shè)計和生產(chǎn)廠家有Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel和QuickLogic等公司，其中最大的是Xilinx、Altera、Lattice三家。
如前所述，FPGA是由存放在片內(nèi)的RAM來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此工作時需要對片內(nèi)RAM進行編程。用戶可根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。FPGA有如下幾種配置模式：
并行模式：并行PROM、Flash配置FPGA；
主從模式：一片PROM配置多片FPGA；
串行模式：串行PROM配置FPGA；
外設(shè)模式：將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對其編程。
目前，FPGA市場占有率最高的兩大公司Xilinx和Altera生產(chǎn)的FPGA都是基于SRAM工藝的，需要在使用時外接一個片外存儲器以保存程序。上電時，FPGA將外部存儲器中的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)RAM，完成配置后，進入工作狀態(tài)；掉電后FPGA恢復(fù)為白片，內(nèi)部邏輯消失。這樣FPGA不僅能反復(fù)使用，還無需專門的FPGA編程器，只需通用的EPROM、PROM編程器即可。Actel、QuickLogic等公司還提供反熔絲技術(shù)的FPGA，只能下載一次，具有抗輻射、耐高低溫、低功耗和速度快等優(yōu)點，在軍品和航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用較多，但這種FPGA不能重復(fù)擦寫，開發(fā)初期比較麻煩，費用也比較昂貴。
展開 AI是FPGA企業(yè)苦等的殺手級應(yīng)用嗎？
1984年，Xilinx的聯(lián)合創(chuàng)始人Ross Freeman發(fā)明了FPGA。在過去的34年中，這類型產(chǎn)品取得了巨大的成功，甚至可以稱得上是有史以來最重要的電子設(shè)備之一。但根據(jù)FPGA從幾十個到數(shù)百萬個LUT的演變的歷史來看，FPGA并沒有成為任何應(yīng)用的最佳解決方案。
別誤會我的意思。FPGA在靈活性方面做得非常好。FPGA通常可以做其他設(shè)備無法做到的事情，縮小其他不兼容協(xié)議之間的差距，動態(tài)重新配置以適應(yīng)不斷變化的要求和環(huán)境，并暫時替代尚未創(chuàng)建的ASIC和ASSP。如果你的應(yīng)用需要FPGA這種靈活性，那么用其他任何東西都替代不了。
但所有這些靈活性要付出代價——價格，功耗和性能。最佳估計是所有這三個因素都比優(yōu)化的專用硅要差十分之一。這意味著，如果你使用FPGA設(shè)計應(yīng)用程序，并且你的應(yīng)用程序是成功的，隨著時間的推移，一旦你的要求不再變化并且確定了設(shè)計和架構(gòu)，你將會考慮用更便宜、更快和更省電的東西取代FPGA。
對于許多應(yīng)用程序，永遠不會有這一天。在推動不再使用FPGA的時候，又會出現(xiàn)新的要求再重復(fù)這一過程。新設(shè)計需要新的FPGA并經(jīng)歷自己的成熟過程。因此，FPGA已經(jīng)有許多可以存在數(shù)十年的應(yīng)用領(lǐng)域，即使它們永遠不是最佳的設(shè)計解決方案。
這對FPGA公司來說是一個問題，因為這限制了它們的成長潛力。他們的產(chǎn)品永遠不會進入“搖錢樹”階段，大量訂單并不會有什么作用。相反，FPGA廠商一直在爭取贏得新的席位并重新贏得舊席位。他們永遠在不斷變化的情況下為廣大客戶提供重要的支持，只是為了保留他們已經(jīng)贏得的業(yè)務(wù)。
展開 干貨 | CPU、GPU、FPGA、ASIC等AI芯片特性及對比
5.2 半定制化芯片—FPGA
FPGA（Field－ProgrammableGate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列。它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。
FPGA內(nèi)部有很多可配置邏輯模塊（CLB），這些模塊是現(xiàn)實邏輯功能的基本單元，FPGA可通過靈活地配置CLB來令其實現(xiàn)工程師想要實現(xiàn)的邏輯功能。FPGA的并行處理能力也很強大，其可編程性也適用于不斷優(yōu)化的深度學(xué)習(xí)算法的運算。目前很多公司基于FPGA開發(fā)人工智能處理器。于2016年成立的深鑒科技，就在研發(fā)深度學(xué)習(xí)通用解決方案。2016年初，深鑒科技就設(shè)計了基于FPGA、針對深度學(xué)習(xí)的DPU硬件架構(gòu)。該產(chǎn)品實現(xiàn)了高性能功耗比，并且成本也比GPU產(chǎn)品低很多。今年8月加州的Hot Chips大會上，百度也發(fā)布了其基于FPGA芯片的A.I加速芯片—XPU。該芯片有256核，旨在尋求性能和效率的平衡，處理多樣化計算任務(wù)。
基于FPGA開發(fā)的人工智能處理器具有高性能、低能耗、可硬件編程的特點。
1）高性能
除了GPU，FPGA也擅長并行計算，基于FPGA開發(fā)的處理器可以實現(xiàn)更高的并行計算。而且FPGA帶有豐富的片上存儲資源，可以大大減少訪問片外存儲的延遲，提高計算性能，訪問DRAM儲存大約是訪問寄存器存儲延遲的幾百倍以上。
2）低能耗
相比于CPU和GPU，FPGA的能耗優(yōu)勢主要有兩個原因：1）相比于CPU、GPU，FPGA架構(gòu)有一定的優(yōu)化，CPU、GPU需要頻繁的訪問DRAM，而這個能量消耗較大，FPGA可以減少這方面的能耗。2）FPGA的主頻低，CPU和GPU的主頻一般在1-3GHz之間，而FPGA的主頻一般在500MHz一下。
展開 
DSP和FPGA在汽車電子中的廣泛應(yīng)用
隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展， 以及人們對數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實時性的要求也越來越高， 基于DSP和FPGA的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)在汽車電子產(chǎn)品中的應(yīng)用范圍將會越來越廣， 例如車載會議電視、車載可視電話、車載機器視覺等。
3.3 基于DSP和FPGA的車用自適應(yīng)實時處理
FPGA的時鐘延遲可以達到納秒級，結(jié)合DSP和FPGA的并行處理方式，因此DSP和FPGA非常適合超高速和實時信號處理領(lǐng)域。如前所述，由于FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點，它可以很容易的實現(xiàn)分布式的算法結(jié)構(gòu)，這一點對實現(xiàn)汽車電子中的高速數(shù)字信號處理十分有利。因為汽車電子產(chǎn)品中通常都需要大量的濾波運算，而這些濾波函數(shù)往往需要大量的乘和累加操作，而通過分布式的算術(shù)結(jié)構(gòu)，FPGA可以有效地實現(xiàn)乘和累加操作。另一方面，需要的大量的復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，可以依靠DSP或由DSP核組成的ASIC來完成的。在汽車電子產(chǎn)品中，對產(chǎn)品的大小、重量、功耗特別關(guān)注;在數(shù)據(jù)傳輸方面，在汽車電子系統(tǒng)中由聲音信號數(shù)字化所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，要依靠高性能的DSP和FPGA來減少存儲空間和傳輸帶寬的要求，需要對視頻信號與音頻信號的編碼、解碼、彩色空間轉(zhuǎn)換、回音消除、濾波、誤碼校正、復(fù)用、比特流協(xié)議處理等任務(wù)進行自適應(yīng)實時處理，這是往往非DSP和FPGA不能完成的。
控制理論處理是汽車電子中的難點和重點問題，利用經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論而建立的開環(huán)、死循環(huán)、最優(yōu)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)汽車的最優(yōu)化控制。建立這些控制系統(tǒng)首先對汽車某個系統(tǒng)，如點火提前角優(yōu)化控制系統(tǒng)進行識別，建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后采用相應(yīng)的控制方法進行優(yōu)化控制。但是發(fā)動機本身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，影響點火的因素較多，理論推導(dǎo)優(yōu)化點火狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型比較困難。因此，一般采用實驗的方法找出各種工況下的最佳點火提前角，然后存入基于DSP和FPGA或DSP和FPGA陣列加大容量外部存儲器中;這樣可以避免使用計算機。
展開 一文讀懂嵌入式FPGA所有貓膩，改變芯片設(shè)計方式豈是鬧著玩的
有了嵌入式FPGA，這個問題便解決了。芯片設(shè)計人員在開展項目時，會知道他們在項目期間擁有隨時更改RTL的靈活性，這是前所未有的。
因為嵌入式FPGA是一種新技術(shù)，在開始介紹之前，我們要將其與已經(jīng)存在了幾十年的標準FPGA之間的差別說出來。從根本上講，嵌入式FPGA是一個IP block，允許將完整的FPGA集成到SoC或任意類型的集成電路中。正如RAM，SERDES，PLL以及處理器一樣，從單獨的芯片轉(zhuǎn)變成常規(guī)的IP block。FPGA現(xiàn)在也是一個IP區(qū)塊。
FPGA在可編程互連結(jié)構(gòu)中組合了可編程／可重配置邏輯塊陣列。在FPGA芯片中，芯片的外緣由GPIO，SERDES和專用PHY（如DDR3 ／ 4）組成。在高級FPGA中，I／O環(huán)約占芯片的1／4，架構(gòu)約占芯片的3／4。“架構(gòu)”本身在如今的FPGA芯片中大多是互連，其中20－25％的結(jié)構(gòu)面積是可編程邏輯，75－80％是可編程互連。
嵌入式FPGA是一種沒有周邊環(huán)形GPIO，SERDES和PHY的FPGA架構(gòu)。相反，嵌入式FPGA使用標準數(shù)字信號連接到芯片的其余部分，實現(xiàn)非常寬，非常快的片上互連。
深入嵌入式FPGA內(nèi)部之原始的構(gòu)造塊
FPGA中的可編程邏輯塊是查找表（LUT），它可以通過編程實現(xiàn)任意布爾函數(shù)：4個，5個或6個輸入具有一個或兩個輸出。
在Flex Logix EFLX陣列中，LUT是一個雙4輸入LUT，它可以組合形成一個5輸入LUT。LUT輸出可以任意存儲在觸發(fā)器中。LUT通常被分組為具有進位邏輯的四個組，以便于加法器和移位器。
另一個可編程邏輯塊是MAC（乘法累加器）或DSP加速器塊。
在Flex邏輯EFLX陣列中，有一個22位預(yù)加器，一個22x22乘法器和一個4位后置加法器／累加器。
展開 如何零基礎(chǔ)入門FPGA？這篇文章讓你吃透！
在FPGA設(shè)計中，就是在將這以抽象層級的意見描述成HDL語言，就可以通過FPGA開發(fā)軟件轉(zhuǎn)化為上一點中所述的FPGA內(nèi)部邏輯功能實現(xiàn)形式。
HDL也可以描述更高的抽象層級如算法級或者是體系結(jié)構(gòu)級，但目前受限于EDA軟件的發(fā)展，EDA軟件還無法理解這么高的抽象層次，所以HDL描述這樣抽象層級是無法被轉(zhuǎn)化為較低的抽象層級的，這也就是所謂的不可綜合。
所以在閱讀或編寫HDL語言，尤其是可綜合的HDL，不應(yīng)該看到的是語言本身，而是要看到語言背后所對應(yīng)的硬件電路結(jié)構(gòu)。
3.4 FPGA本身不算什么，一切皆在FPGA之外
FPGA是給誰用的？很多學(xué)校是為給學(xué)微電子專業(yè)或者集成電路設(shè)計專業(yè)的學(xué)生用的，其實這不過是很多學(xué)校受資金限制，買不起專業(yè)的集成電路設(shè)計工具而用FPGA工具替代而已。其實FPGA是給設(shè)計電子系統(tǒng)的工程師使用的。
這些工程師通常是使用已有的芯片搭配在一起完成一個電子設(shè)備，如基站、機頂盒、視頻監(jiān)控設(shè)備等。當現(xiàn)有芯片無法滿足系統(tǒng)的需求時，就需要用FPGA來快速的定義一個能用的芯片。
前面說了，FPGA里面無法就是一些“真值表”、觸發(fā)器、各種連線以及一些硬件資源，電子系統(tǒng)工程師使用FPGA進行設(shè)計時無非就是考慮如何將這些以后資源組合起來實現(xiàn)一定的邏輯功能而已，而不必像IC設(shè)計工程師那樣一直要關(guān)注到最后芯片是不是能夠被制造出來。
本質(zhì)上和利用現(xiàn)有芯片組合成不同的電子系統(tǒng)沒有區(qū)別，只是需要關(guān)注更底層的資源而已。
要想把FPGA用起來還是簡單的，因為無非就是那些資源，在理解了前面兩點再搞個實驗板，跑跑實驗，做點簡單的東西是可以的。
而真正要把FPGA用好，那光懂點FPGA知識就遠遠不夠了。
展開 被AMD收購后，FPGA的未來如何？賽靈思CEO這樣說
2020年疫情期間半導(dǎo)體圈最重磅的消息之一就是AMD收購了Xilinx，這是繼Intel收購Altera之后，由市場上另一家CPU公司收購了另一家FPGA公司（FPGA市場格局基本跟CPU市場大同小異，兩家企業(yè)瓜分了超過90%的市場份額）。
為何CPU這么青睞FPGA？
這跟計算架構(gòu)演進密切相關(guān)。當高性能高效率計算變得越來越重要，異構(gòu)計算架構(gòu)下CPU+FPGA兩個通用計算平臺可以非常好的融合串行計算與并行計算的優(yōu)勢，關(guān)于這部分的內(nèi)容可以參考筆者雙方交易達成時的分析。
作為第四任賽靈思的CEO，上任三年多的Victor Peng在交易后首次面對中國的媒體時，除了總結(jié)自己上任三年來的成績之外，更是重點的回應(yīng)了對合并后企業(yè)的愿景“與AMD合并，將為我們提供一個更大的平臺，助力我們賦能為更多創(chuàng)新型人才和創(chuàng)新型初創(chuàng)企業(yè)”。
賽靈思CEO Victor Peng
作為全球第一家FPGA企業(yè)和第一家Fabless企業(yè)，賽靈思的出現(xiàn)引領(lǐng)了諸多半導(dǎo)體和計算領(lǐng)域的革命。如果按照之前雙方交易的進程規(guī)劃，2021年底完成正式的整合，那么賽靈思的歷史將會定格在37歲。回顧賽靈思37年來四任CEO的業(yè)績，我們不難發(fā)現(xiàn)每個階段的掌舵人都完美地將個人特點與企業(yè)發(fā)展融合為一體。
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