FPGA芯片与其他主流芯片对比

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2021年7月7日10:14:31 评论 38,605 1300字阅读4分20秒

FPGA芯片与其他主流芯片对比

FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片基于可编程器件(PAL、GAL)发展而来,是半定制化、可编程的集成电路。FPGA芯片按固定模式处理信号,可执行新型任务(计算任务、通信任务等)。FPGA芯片相对专用集成电路(如ASIC芯片)更具灵活性,相对传统可编程器件可添加更大规模电路数量以实现多元功能。

 

1.FPGA芯片相较于CPU芯片

CPU架构:CPU用于处理视觉算法需按指定顺序执行指令,第指令在图像整体运行完成后,第二指令开始运行。在4步操作指令环境下,设定单个操作指令运行需10毫秒,完成总算法耗时约40毫秒。

FPGA架构:FPGA用于处理视觉算法采取规模化并行运算模式,可于图像不同像素内同时运行4步操作指令。设定单个操作操作指令运行需10毫秒,FPGA完成图像整体视觉算法处理时间仅为10毫秒,FPGA图像处理速度显著快于CPU。

“FPGA+CPU”架构:此架构下,图像在CPU与FPGA之间传输,包含传输时间在内的算法整体处理时间仍低于纯CPU架构。

 

2.FPGA芯片相较于GPU芯片

峰值性:GPU计算峰值(10Tflops)显著高于FPGA计算峰值(小于1TFlops)。GPU架构依托深度流水线等技术可基于标准单元库实现手工电路定制。相对而言,FPGA设计资源受限,型号选择决定逻辑资源上限(浮点运算资源占用较高),FPGA逻辑单元基于SRAM查找表,布线资源受限。

内存接口:GPU内存接口(双倍数据传输率存储器等)带宽优于FPGA使用的DDR(双倍速率同步动态随机存储器)接口,满足机器学习频繁访问内存需求。

灵活性:FPGA可根据特定应用编程硬件,GPU设计完成后无法改动硬件资源,远期机器学习使用多条指令平行处理单数据,FPGA硬件资源灵活性更能满足需求。

功耗:GPU平均功耗(200W)远高于FPGA平均功耗(10W),可有效解决散热问题。

 

3.FPGA芯片相较于ASIC芯片

ASIC需从标准单元进行设计,功能需求及性能需求发生变化时,ASIC芯片设计需经历重新投片,设计流程时间成本、经济成本较高。

FPGA包括预制门和触发器,具备可编程互联特性,可实现芯片功能重新配置。相对而言,ASIC芯片较少具备重配置功能。

ASIC与FPGA经济成本、时间成本区别:ASIC设计过程涉及固定成本,设计过程造成材料浪费较少,相对FPGA重复成本较低,非重复成本较高(平均超百万美元)。

FPGA重复成本高于同类ASIC芯片,规模化量产场景下,ASIC芯片单位IC成本随产量增加持续走低,总成本显著低于FPGA芯片。

FPGA无需等待芯片流片周期,编程后可直接使用,相对ASIC有助于企业节省产品上市时间。

技术未成熟阶段,FPGA架构支持灵活改变芯片功能,有助于降低器件产品成本及风险,更适用于5G商用初期的市场环境。

 

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