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O que é FPGA?
FPGA (Matriz de portas programáveis em campo) é um chip de circuito reconfigurável e uma arquitetura reconfigurável de hardware. O design de FPGA não é uma simples pesquisa de chip, mas usa principalmente o modo FPGA para projetar produtos em outras indústrias. Através da programação, Os usuários de FPGA podem alterar o cenário de aplicação a qualquer momento. Pode simular várias operações paralelas de CPU, GPU e outro hardware. Através da interconexão de interface de alta velocidade com o hardware alvo, FPGA pode completar a baixa eficiência operacional do hardware alvo, de modo a realizar a aceleração no nível do sistema.
O projetista do sistema pode conectar os blocos lógicos dentro do FPGA através de conexões editáveis conforme necessário, assim como uma placa de circuito é colocada em um chip. O bloco lógico e a conexão de um FPGA finalizado podem ser alterados de acordo com o projetista, para que o FPGA possa completar as funções lógicas necessárias.
De um modo geral, FPGA é mais lento que ASIC (chip integrado específico da aplicação), que não pode completar design complexo, mas o consumo de energia é baixo. Mas eles também têm muitas vantagens, como produtos de acabamento rápido, pode ser modificado para corrigir erros no programa e custo mais barato. Os fabricantes também podem fornecer FPGAs baratos, mas pouco editáveis. Porque esses chips têm pouca capacidade editável, o desenvolvimento desses projetos é concluído em um FPGA comum, e então o design é transferido para um chip semelhante ao ASIC.
Por que usar FPGA?
Hoje em dia, Lei de Moore dos processadores de uso geral (CPUs) está em seus anos de crepúsculo, enquanto a escala do aprendizado de máquina e dos serviços da Web cresce exponencialmente. As pessoas usam hardware personalizado para acelerar tarefas comuns de computação, mas a indústria em rápida mudança exige que esse hardware personalizado possa ser reprogramado para executar novos tipos de tarefas de computação.
FPGA tem sido usado como um substituto de pequenos lotes para chips especiais (ASIC) por muitos anos. No entanto, nos últimos anos, foi implantado em larga escala nos data centers da Microsoft, Baidu e outras empresas fornecerão poder de computação poderoso e flexibilidade suficiente ao mesmo tempo.
Então por que o FPGA é tão rápido? Isso se deve ao contraste dos pares.
CPU e GPU pertencem à estrutura de von Neumann, decodificação e execução de instruções, e memória compartilhada. FPGA é uma arquitetura sem instruções e memória compartilhada, o que torna a eficiência energética do chip FPGA muito maior do que a da CPU e até mesmo da GPU.
Na estrutura de Feng, já que a unidade de execução (como núcleo da CPU) pode executar qualquer instrução, precisa haver memória de instruções, decodificador, unidade aritmética de várias instruções e lógica de processamento de salto de ramificação. Porque a lógica de controle do fluxo de instruções é complexa, é impossível ter muitos fluxos de instruções independentes. Portanto, GPU usa SIMD (fluxo de instrução único fluxo de dados múltiplos) para permitir que várias unidades de execução processem dados diferentes no mesmo ritmo, e a CPU também suporta instruções SIMD.
A função de cada unidade lógica do FPGA foi determinada durante a reprogramação (queimando), e nenhuma instrução é necessária.
Se a GPU for usada para aceleração, para aproveitar ao máximo o poder de computação da GPU, o tamanho do lote não pode ser muito pequeno, e o atraso será tão alto quanto milissegundos. Ao usar FPGA para acelerar, apenas o atraso pcle de microssegundos é necessário.
Então por que o atraso do FPGA é muito menor do que o da GPU?? Esta é essencialmente uma diferença arquitetônica.
FPGA tem paralelismo de pipeline e paralelismo de dados, enquanto a GPU tem quase apenas paralelismo de dados (a profundidade do gasoduto é limitada).
Quais são as características do FPGA?
Digamos que o FPGA apareça como um circuito semi customizado no campo de circuitos integrados de aplicação específica (ASIC). Não só resolve as deficiências dos circuitos personalizados, mas também supera as deficiências do número limitado de circuitos de porta dos dispositivos programáveis originais.
Comparado com chip ASIC, uma característica importante do FPGA é sua característica programável, aquilo é, os usuários podem especificar FPGA para realizar um circuito digital específico por meio de programa. Além disso, O chip FPGA é uma das melhores opções para sistemas de pequenos lotes para melhorar a integração e a confiabilidade do sistema.
Principais fabricantes de FPGA
1. Xilinx, a plataforma de desenvolvimento é ISE
2. Altera, a plataforma de desenvolvimento é Quartus II
3. Actel, a plataforma de desenvolvimento é libero
4. Malha, plataforma de software estrutura radiante
5. Atmel
6. Xilinx, plataforma de software Vitis
7. Intel Altera, plataforma de software Quartus II
Plataforma de softphone, softphone 8
9. Microchip
O esquema do sistema da placa de desenvolvimento FPGA para realizar a eletrônica do motor e de controle baseada em MCU, ASIC personalizado e chicote de fios volumoso foi desenvolvido próximo aos seus limites técnicos e de aplicação, e a indústria automotiva está enfrentando novos desafios de design.
Os projetistas de eletrônicos automotivos podem melhorar significativamente sua capacidade de lidar com múltiplas falhas usando a tecnologia FPGA com faixa de temperatura estendida. Embora muitos fornecedores de componentes utilizem técnicas de projeto preventivas e métodos limitados para simular e simular o impacto ambiental, algumas arquiteturas FPGA ainda têm vantagens inerentes em suportar ampla faixa de temperatura.
Ambientes extremos geralmente levam a modos de falha relacionados à montagem e empacotamento do FPGA, independente do próprio dispositivo. Portanto, é muito importante reservar espaço para especificações em todos os níveis do sistema eletrônico automotivo. Os produtos fornecidos por fornecedores de FPGA como Xilinx e Actel têm uma ampla faixa de temperatura militar, que pode definir melhor o coeficiente de expansão térmica e evitar a influência do estresse térmico.
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