FPGA芯片與其他主流芯片對比

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2021年7月7日10:14:31 評論 35,462 1300字閱讀4分20秒

FPGA芯片與其他主流芯片對比

FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片基于可編程器件(PAL、GAL)發展而來,是半定制化、可編程的集成電路。FPGA芯片按固定模式處理信號,可執行新型任務(計算任務、通信任務等)。FPGA芯片相對專用集成電路(如ASIC芯片)更具靈活性,相對傳統可編程器件可添加更大規模電路數量以實現多元功能。

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1.FPGA芯片相較于CPU芯片

CPU架構:CPU用于處理視覺算法需按指定順序執行指令,第指令在圖像整體運行完成后,第二指令開始運行。在4步操作指令環境下,設定單個操作指令運行需10毫秒,完成總算法耗時約40毫秒。

FPGA架構:FPGA用于處理視覺算法采取規?;⑿羞\算模式,可于圖像不同像素內同時運行4步操作指令。設定單個操作操作指令運行需10毫秒,FPGA完成圖像整體視覺算法處理時間僅為10毫秒,FPGA圖像處理速度顯著快于CPU。

“FPGA+CPU”架構:此架構下,圖像在CPU與FPGA之間傳輸,包含傳輸時間在內的算法整體處理時間仍低于純CPU架構。

 

2.FPGA芯片相較于GPU芯片

峰值性:GPU計算峰值(10Tflops)顯著高于FPGA計算峰值(小于1TFlops)。GPU架構依托深度流水線等技術可基于標準單元庫實現手工電路定制。相對而言,FPGA設計資源受限,型號選擇決定邏輯資源上限(浮點運算資源占用較高),FPGA邏輯單元基于SRAM查找表,布線資源受限。

內存接口:GPU內存接口(雙倍數據傳輸率存儲器等)帶寬優于FPGA使用的DDR(雙倍速率同步動態隨機存儲器)接口,滿足機器學習頻繁訪問內存需求。

靈活性:FPGA可根據特定應用編程硬件,GPU設計完成后無法改動硬件資源,遠期機器學習使用多條指令平行處理單數據,FPGA硬件資源靈活性更能滿足需求。

功耗:GPU平均功耗(200W)遠高于FPGA平均功耗(10W),可有效解決散熱問題。

 

3.FPGA芯片相較于ASIC芯片

ASIC需從標準單元進行設計,功能需求及性能需求發生變化時,ASIC芯片設計需經歷重新投片,設計流程時間成本、經濟成本較高。

FPGA包括預制門和觸發器,具備可編程互聯特性,可實現芯片功能重新配置。相對而言,ASIC芯片較少具備重配置功能。

ASIC與FPGA經濟成本、時間成本區別:ASIC設計過程涉及固定成本,設計過程造成材料浪費較少,相對FPGA重復成本較低,非重復成本較高(平均超百萬美元)。

FPGA重復成本高于同類ASIC芯片,規?;慨a場景下,ASIC芯片單位IC成本隨產量增加持續走低,總成本顯著低于FPGA芯片。

FPGA無需等待芯片流片周期,編程后可直接使用,相對ASIC有助于企業節省產品上市時間。

技術未成熟階段,FPGA架構支持靈活改變芯片功能,有助于降低器件產品成本及風險,更適用于5G商用初期的市場環境。

 

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