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如果你是一个开发者,正在考虑用FPGA开始一个新的Design-In,那么来贸泽电子的Xilinx专区,是一个正确的选择……
开发者的新宠
传统意义上,在诸多硬件计算架构的应用版图中,FPGA处于一个“中间地带”——
如果追求极致的性能和功耗表现,开发者可以选择ASIC,这种针对某一特定应用而将软件算法固化在硬件电路中的专用计算架构,先天优势明显;而如果想找一种通用的架构,以覆盖更广泛的应用,具备更强的可扩展性,MPU/MCU这类通用处理器则是不二之选。相比较而言,具有硬件可编程能力的FPGA,恰好处于上述两种选择之间,甚至有点“夹缝中生存”的味道。
不过,随着市场和技术的发展,FPGA的这种“中间”位置恰恰成了它的优势。由于ASIC的研发制造成本越来越高,每次流片都像是“赌一把”,如果需求的规模和稳定性不如预期,很可能就“翻车”了。而MPC/MCU这类“万金油”,在对算力需求日渐高涨的应用面前,很容易触碰到性能和功耗的天花板。反观FPGA,随着设计和工艺的进步,它作为一种性能功耗比高、灵活可配置的计算平台,日益受到开发者的青睐。
特别是在当今的人工智能物联网(AIoT)时代,FPGA的特性更是让其如鱼得水:
由于不像传统CPU那样依赖于冯·诺依曼架构,FPGA可提供更优的加速能力,这种算力特别适合于AI推理这类计算任务。
FPGA的灵活可编程的特性,令其能够通过改变硬件去适应不断迭代优化的AI算法,而不是反过来让算法将就硬件的特性。
面对碎片化的物联网应用,FPGA能够让开发者在短时间内验证和优化算法,应对不同市场之需。
因此对于开发者来说,不论以前如何,如今在AIoT时代不懂一些FPGA,就很可能『OUT』了。
大家族,新挑战
既然身处这样的“大时代”,FPGA自然是不会辜负大好年华的。以全球领先的Xilinx公司为例,他们就一直在深度布局,不断壮大自己的产品家族。可以说,Xilinx的策略选择,也代表了FPGA的发展趋势。
图1:Xilinx公司主要的FPGA产品系列(图片来源:Xilinx)
图1中列出Xilinx主要的FPGA产品系列,我们可以从两个维度对其进行梳理。第一个维度是工艺节点,因为工艺的进步是FPGA技术演进的一个关键动力,采用更小特征尺寸的工艺节点,意味着更大的规模、更高的集成度、更高的性能功耗比。目前Xilinx的FPGA产品覆盖从45nm到16nm四个工艺节点,提供不同性能的产品,满足用户差异化的开发需求。
图2:Xilinx不同工艺FPGA产品特性比较(图片来源:Xilinx)
观察Xilinx产品的第二个维度是应用。早先,Xilinx的FPGA产品分为高性能的Virtex系列和低成本的Spartan两个系列,但是随着市场的发展,这样产品布局显然不足以应对更加细分和扩展的市场需求,所以从7系列开始Xilinx重新规划了产品路线图,逐渐形成了更全面的产品线,目前主要的FPGA产品系列包括:
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Virtex系列:这是Xilinx FPGA高性能的旗舰产品
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Kintex系列:以追求高性价比为目标,是7系列之后新增的类别
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Atrix系列:专门为低功耗、低成本应用而设计,覆盖大批量市场,也是7系列新增的类别
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Spartan系列:Xilinx低成本产品的典范,应用成熟,已经推出采用28nm工艺的版本
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Zynq系列:非常值得一提的产品类别,其在器件中集成了Arm处理器,形成了独特的FPGA SoC异构计算架构,在嵌入式应用及当下视觉处理等AI应用中很有人缘。
可见,Xilinx的产品通过不同的片上资源配置,力求更全面、易扩展,以便在应用市场中不断开疆扩土。
但是对于开发者来说,越来越复杂的产品线、大量的设计资源也带来了新的挑战。挑战主要来自三个方面:
第一,FPGA产品迭代推新的速度加快,开发者是否能够跟上节奏,及时获取新的技术资源?
第二,为了支撑FPGA产品家族,Xilinx建立了完备的技术生态,如何能够获取和利用这些生态资源,特别第三方合作伙伴贡献的资源?通常这些资源,Xilinx官网上难以尽述,而通过互联网搜索又难免大海捞针。
第三,FPGA毕竟是一个与众不同的架构,遇到问题如何能够获得及时的技术支持,是摆在开发者面前又一个问题。
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