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FPGA是什么意思介紹 FPGA是什么意思詳細(xì)情況如何

2022-07-29 17:17:04 游戲來(lái)源：

導(dǎo)讀 FPGA，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Logic Device)，可編程邏輯器件的一種。它可以由用戶來(lái)進(jìn)行編程和配置，進(jìn)而用來(lái)解決各種不

FPGA，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Logic Device)，可編程邏輯器件的一種。它可以由用戶來(lái)進(jìn)行編程和配置，進(jìn)而用來(lái)解決各種不同的邏輯設(shè)計(jì)問(wèn)題。

可編程器件發(fā)展的初期主要是用來(lái)解決存儲(chǔ)問(wèn)題，隨著后來(lái)的發(fā)展轉(zhuǎn)向各種邏輯應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)、工藝、集成度、功耗、速度等方面有了很大的提高和改進(jìn)。

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可編程邏輯器件的發(fā)展階段

我們一起來(lái)了解一下可編程邏輯器件的發(fā)展歷史。

外或手九據(jù)百熱金風(fēng)深斯查層。

可編程邏輯器件的發(fā)展主要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：

早期的可編程邏輯器件，早期的PLD主要是用來(lái)解決各種存儲(chǔ)問(wèn)題，如可編程只讀存儲(chǔ)器（ROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、紫外線可擦除存儲(chǔ)器（EPROM）、電可擦除存儲(chǔ)器（EEPROM），由于結(jié)構(gòu)限制，它們只能完成簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯功能。結(jié)構(gòu)上稍微復(fù)雜的可編程邏輯器件，80年代初期，AMD公司和Lattice公司先后推出了各自的可編程邏輯器件，主要為可編程邏輯器件（PAL）、通用陣列邏輯（GAL）、可編程邏輯器件（PLA）等等，這些PLD在設(shè)計(jì)上有很強(qiáng)的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)速度性能較好的邏輯功能，但它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能實(shí)現(xiàn)小規(guī)模的電路設(shè)計(jì)。復(fù)雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Logic Device)，這類器件的體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高、適用范圍廣。這類器件兼容了PLD和通用門陣列的優(yōu)點(diǎn)，具備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電路設(shè)計(jì)的能力，編程也靈活，開(kāi)發(fā)周期短、設(shè)計(jì)成本低、開(kāi)發(fā)工具成熟、質(zhì)量可靠，因此被大規(guī)模使用。FPGA芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

目前大部分的FPGA仍是基于查找表（LUT）技術(shù)，但是隨著版本的升級(jí)，代與代之間的基本功能差別很大，在現(xiàn)在的FPGA內(nèi)部，整合了很多常用功能（如RAM、時(shí)鐘管理和DSP）的硬核（ASIC型）功能模塊。

圖一 FPGA芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖一給出一個(gè)通用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，實(shí)際上不同系列的FPGA，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都不盡相同。但是從上圖我們可以看出，F(xiàn)PGA芯片的主要部分由6大模塊，分別為：可編程輸入輸出單元（IOB）、基本可編程邏輯單元（CLB）、數(shù)字時(shí)鐘管理（DCM）、嵌入塊式RAM（BRAM）、豐富的布線資源、內(nèi)嵌的底層功能單元和內(nèi)嵌專用硬件模塊。

目前FPGA具備的功能

經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，目前的FPGA已經(jīng)具備了以下的功能：

支持模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換；采用片內(nèi)鎖相環(huán)，支持高速時(shí)鐘，減少信號(hào)的畸變，時(shí)鐘可以復(fù)用；有豐富的布線資源；在片內(nèi)有分布RAM和塊RAM；包含獨(dú)立的快速邏輯進(jìn)位模塊，有專門的乘法器；邏輯功能塊的局部布線和相互間的通用布線，可以精確的預(yù)測(cè)網(wǎng)線的延時(shí)；I/O模塊有快速的I/O驅(qū)動(dòng)、寄存的輸入輸出、三態(tài)使能控制等控制特性。FPGA的發(fā)展方向

隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，速度更快、集成度更高的FPGA在不斷出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)和工藝的提高，使FPGA的資源越來(lái)越豐富，可實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越強(qiáng)大。

所以FPGA有如下的發(fā)展趨勢(shì)：

業(yè)想活具八才音礦半省親屬住。

向更高密度、更大容量邁進(jìn)；朝著低成本、低電壓、低功耗、微封裝方向發(fā)展；IP資源復(fù)用得到普遍的認(rèn)同并成為主要的設(shè)計(jì)方式；MCU、DSP、MPU等嵌入式處理器IP成為FPGA應(yīng)用的核心。FPGA在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用

近兩年，隨著AI、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)計(jì)算力的要求越來(lái)越高，因?yàn)镕PGA具有資源豐富、配置靈活以及DSP、MCU等IP集成到一起的巨大優(yōu)勢(shì)，所以基于FPGA的NN加速器的研究和產(chǎn)業(yè)化，十分火熱。比如微軟的Bing搜素業(yè)務(wù)等就使用了基于FPGA的NN加速器。

但是FPGA價(jià)格較貴，所帶來(lái)成本上的壓力，在一定上面，可能會(huì)抑制它的更大規(guī)模的使用。

小結(jié)

FPGA作為可以讓用戶來(lái)進(jìn)行編程和配置，進(jìn)而用來(lái)解決各種不同的邏輯設(shè)計(jì)問(wèn)題的器件，在各種新型技術(shù)興起的前期（之前的大數(shù)據(jù)、如今的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），都表現(xiàn)出了非常好的活力，它降低了新興技術(shù)研究的成本，加快了新興技術(shù)研究的速度，在整個(gè)技術(shù)演進(jìn)道路上，扮演著舉足輕重的角色。

關(guān)于FPGA相關(guān)內(nèi)容，我寫(xiě)了《淺談FPGA技術(shù)》、《淺談FPGA芯片結(jié)構(gòu)》等多篇文章，詳細(xì)介紹了FPGA的工作模式、硬件架構(gòu)等內(nèi)容，如果有興趣，歡迎加關(guān)注“單眼皮老王”，閱讀相關(guān)文章，更歡迎和我討論。

希望回答會(huì)對(duì)你有所幫助，感謝。

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