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万能芯片FPGA可用于哪些领域

2017-03-22
关键词: FPGA 可编程 计算机 CPU

今天笔者带来最近学习的一个新的高新技术概念,英文缩写单词叫FPGA,翻译成中文是“现场可编程门阵列”。这一听,多少让人有点不知所云,下面说说我的理解。

说起CPU,我觉得大家都已经很熟悉了。是“中央处理器”的英文缩写,它是用来“运算”的。大部分我们所熟悉的电子设备,像手机、电脑,它们所实现的各种功能,都是通过CPU的“运算”来实现的。它几乎是所有电子数码设备的大脑。

计算机之所以被计算机,因为它的大脑,CPU,就是用来计算的。

FPGA是什么?它跟CPU一样,也是用来计算的。但是,它的计算方式,跟CPU很不一样。

计算机是用来计算的

首先我们都知道,CPU它是通过“计算”能力,为计算机提供各种的功能。

程序员,把程序代码噼里啪啦地输入到了计算机里面,啪一声按下确认键,CPU把程序代码进行计算,达成各种各样的目的。

运算的结果是什么呢?程序输入CPU,运算成了操作系统,运算成了软件、app、网页等等。所有的这一切,都是经过CPU“计算”产生的。

嗯,CPU,他很像我们人类的大脑。

串行计算

我们人类的大脑有什么样的特点?它就像人类的大脑那样,他只能同时做一件事情。CPU是串行的,一样也是只能同时进行一次计算。

我们比方说,现在要进行两场考试,一场是英语,一场是数学,我们会把这两场考试给分开进行,绝对不会说,让你左手做英语试卷,右手做数学数卷,那是不可能的,人的脑袋,同时只能专注一件事情。

后来,CPU发展出了多核,你在那些电脑还有手机,老是标榜着自己是双核四核八核,甚至十六核。

但是很多时候,核多是没有意义的。因为程序员在编写程序的时候,程序本身,是针对单核设计。最常见的例子莫过于我们的一些手机游戏,游戏逻辑和图形渲染,是跑在一个核里的。所以说,是否够快,很多时候还得取决于单核性能。

并行计算

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FPGA是什么呢?

我们都听过三个臭皮匠,胜过知一个诸葛亮的谚语。他的寓意就是说,三个很普通的人,合起来的智慧也是可以超过诸葛亮的。

FPGA就像是一群臭皮匠,CPU就像是一个诸葛亮。

就像我们前面所说的,我们人脑就像CPU,不能同时做多份作业。只能专注于一件事情。而这群“臭皮匠”则不同,FPGA十分擅长同时做多件事情,我们叫作“并行计算”,也常被称为“异步计算”。

而技术上来说,FPGA也由非常多的核组成的。但跟CPU不同的是,工程师们可以根据他们的需要,把这么一群“臭皮匠”,重新进行自定义的排列组合,来满足他们想要的计算。FPGA号称“万能芯片”。

FPGA并不是要替代CPU。这就像大部分的工作重要事务,都掌权在诸葛亮手上,那可是重要人物,可不能随意说换就换;臭皮匠们则可以凭借他们人多的优势,处理很多的一些重复的单纯的事情。

FPGA的这个特点,非常适合我们今年大热的人工智能。人工智能里面就有非常大量的一些重复性、需要并行计算的工作,像图像识别、图像处理、深度学习等等。

哪些领域正在应用FPGA?

微软在数据中心使用FPGA代替传统CPU的做法;腾讯云则直接提供了FPGA云服务器,降低开发者自购设备的高昂成本;iPhone 7里有使用Lattice这家上市公司的FPGA芯片;大疆无人机中也采用了FPGA芯片......

可以看到的,不论上企业端(微软、云计算),还是消费端(iPhone 7、大疆无人机),都能看到FPGA芯片的身影,在未来,它还有很大的发展空间。


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