FPGA-科普一个万能芯片

时间：2024-07-30 来源：网络搜集关于我们 0

什么样的芯片能和光刻机一样重要？

听到这个问题你可能会觉得会是英特尔或者AMD之类的，确实在PC机的领域这些都各有所长，

但在很多工程应用领域有一个名字不得不提了，

它就是FPGA。

FPGA是英文Field Programable Gate Array的缩写，翻译过来就是"现场可编程门阵列"。

FPGA的本质就是一个芯片，和我们熟悉的CPU GPU一样，都是芯片里的一种，被广泛应用于各种领域。

例如我们通讯、上网时，你的数据几乎有100%的可能会通过FPGA进行处理。

此外，FPGA芯片还被用于航天航空、导弹、雷达等很多涉及国家安全的领域，

可以说，对于目前国内而言，它的重要性并不亚于光刻机，听到这里你是不是就肃然起敬了？！

FPGA之所以那么牛，从它的名字就能体现出：现场、可编程、门阵列。

并完成不同的逻辑运算。那么使用这些逻辑门，FPGA就可以组成各种各样不同的逻辑功能。

说完门阵列，我们接着说它的第二个特点，可编程性。

和我们熟知的软件编程不同，对于CPU和单片机的编程往往是通过改变上面的寄存器的配置来实现的，但是并不会改变芯片的逻辑功能。比如你并不能通过编程让一个网络交换芯片变成一个视频处理芯片，与之对应的是FPGA的可编程性，其实也叫做硬件可编程性，它让FPGA可以对逻辑门阵列进行重复编程，从而使得FPGA可以在逻辑层面上任意改变自己实现的硬件结构，这就赋予了FPGA有着很高的灵活性。也就是说通过编程，我们可以把FPGA芯片变成一个网络交换机芯片，也可以通过编程让它变成一个视频处理芯片。说完前两点我们再说第三点，现场。准确说是现场可编程性，这里指的是FPGA可以在使用现场完成编程，而不需要把芯片拆下来，然后送回生产厂家，来完成编程的操作，结合这三个特点，FPGA从理论上可以实现任意的电路功能，因此有不少人称FPGA为万能芯片，这也体现了FPGA有着一般芯片所不具备的灵活性。 FPGA除了它本身的灵活性以外，它还有着很高的计算性能。虽然FPGA的运行频率不高，但是它可以执行大量的并行运算，有着很高的数据吞吐量。我们以飞机为例，CPU就好比是超音速战斗机，虽然很快，但一次只能做1~2个人，而FPGA是大型客机，虽然速度稍慢，但是一次却能带上百人。从这里我们就能理解了，FPPG在进行大量数据处理的时候，有CPU所不能比拟的吞吐量优势。 FPGA发展至今，经历了发明，扩张，累积的三个阶段，从最初单纯的可编程逻辑单元逐渐发展到，拥有成百上千个可编程逻辑单元的大型阵列，凭借FPGA的灵活性和很高的计算性能，它一直被应用于通信和网络领域，用来对大量的网络数据包进行处理。我们熟知的5G通讯基站，就大量应用了FPGA芯片。除此之外，FPGA凭借处理数据时的吞吐量优势，在航天航空等国防军事领域里扮演着重要的角色。