系统版本:逻辑运算系统
FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA常年来被用作专用芯片(ASIC)的小批量替代品,然而近年来在微软、百度等公司的数据中心大规模部署,以同时提供强大的计算能力和足够的灵活性。
FPGA应用场景:
计算密集型任务的例子包括矩阵运算、图像处理、机器学习、压缩、非对称加密、Bing 搜索的排序等。
这类任务一般是 CPU 把任务卸载(offload)给 FPGA 去执行。对这类任务,目前我们正在用的 Altera(似乎应该叫 Intel 了,我还是习惯叫 Altera……)Stratix V FPGA 的整数乘法运算性能与 20 核的 CPU 基本相当,浮点乘法运算性能与 8 核的 CPU 基本相当,而比 GPU 低一个数量级。我们即将用上的下一代 FPGA,Stratix 10,将配备更多的乘法器和硬件浮点运算部件,从而理论上可达到与现在的顶级 GPU 计算卡旗鼓相当的计算能力。
(图片来源于互联网)
FPGA优缺点:
优点
(1) FPGA由逻辑单元、RAM、乘法器等硬件资源组成,通过将这些硬件资源合理组织,可实现乘法器、寄存器、地址发生器等硬件电路。
(2) FPGA可通过使用框图或者Verilog HDL来设计,从简单的门电路到FIR或者FFT电路。
(3) FPGA可无限地重新编程,加载一个新的设计方案只需几百毫秒,利用重配置可以减少硬件的开销。
(4) FPGA的工作频率由FPGA芯片以及设计决定,可以通过修改设计或者更换更快的芯片来达到某些苛刻的要求(当然,工作频率也不是无限制的可以提高,而是受当前的IC工艺等因素制约)。
缺点
(1) FPGA的所有功能均依靠硬件实现,无法实现分支条件跳转等操作。
(2) FPGA只能实现定点运算。
(图片来源于互联网)