FPGA PCB組裝

什麼是FPGA？

FPGA（現場可程式設計閘陣列）是一種可重構電路晶片和硬體可重構架構。 FPGA設計不是一個簡單的晶片研究，而是主要使用FPGA模式來設計其他行業的產品。 通過程式設計，FPGA用戶可以隨時更改其應用場景。 它可以類比CPU、GPU和其他硬體的各種並行操作。 通過與目標硬體的高速介面互連，FPGA可以完成目標硬體的低運行效率，從而實現系統級的加速。

系統設計者可以根據需要通過可編輯的連接連接FPGA內部的邏輯塊, 就像一個 電路板 放置在晶片中. 成品FPGA的邏輯塊和連接可以根據設計者進行更改, 囙此，FPGA可以完成所需的邏輯功能.

一般來說，FPGA比ASIC（專用集成晶片）慢，雖然不能完成複雜的設計，但功耗較低。 但它們也有許多優點，如成品速度快，可以修改程式以糾正錯誤，成本較低。 製造商也可能提供廉價但可編輯性較差的FPGA。 由於這些晶片的可編輯能力較差，囙此這些設計的開發是在普通FPGA上完成的，然後將設計轉移到類似ASIC的晶片上。

為什麼使用FPGA？

如今，通用處理器（CPU）的摩爾定律正處於暮年，而機器學習和web服務的規模正呈指數級增長。 人們使用自定義硬體來加速常見的計算任務，但快速變化的行業要求這些自定義硬體可以重新程式設計以執行新類型的計算任務。

FPGA多年來一直被用作專用晶片（ASIC）的小批量替代品。 然而，近年來，它被大規模部署在微軟、百度等公司的資料中心，以提供强大的計算能力和足够的靈活性。

那麼FPGA為什麼這麼快？ 這是由於同齡人的陪襯。

CPU和GPU屬於馮·諾依曼結構、指令解碼和執行以及共用記憶體。 FPGA是一種沒有指令和共用記憶體的架構，這使得FPGA晶片的能效遠遠高於CPU甚至GPU。

在馮的結構中，由於執行單元（如CPU內核）可以執行任何指令，囙此需要指令記憶體、解碼器、各種指令的算術單元和分支跳轉處理邏輯。 由於指令流的控制邏輯很複雜，不可能有太多獨立的指令流。 囙此，GPU使用SIMD（單指令流多資料流程）讓多個執行單元以相同的速度處理不同的數據，CPU也支持SIMD指令。

FPGA的每個邏輯單元的功能已在重新程式設計（燃燒）過程中確定，無需任何指令。

如果使用GPU進行加速，為了充分利用GPU的計算能力，批量大小不能太小，延遲將高達毫秒。 當使用FPGA加速時，只需要微秒pcle延遲。

那麼，為什麼FPGA的延遲比GPU的延遲低得多呢？ 這本質上是一種架構差异。

FPGA具有流水線並行和數據並行，而GPU幾乎只有數據並行（流水線深度有限）。

FPGA的特點是什麼？

假設FPGA在專用集成電路（ASIC）領域中是一種半定制電路。 它不僅解决了定制電路的缺點，而且克服了原始可程式設計器件門電路數量有限的缺點。

與ASIC晶片相比，FPGA的一個重要特點是其可程式設計特性，即用戶可以通過程式設計指定FPGA來實現特定的數位電路。 此外，FPGA晶片是小批量系統提高系統集成度和可靠性的最佳選擇之一。

FPGA的基本內部結構

主要FPGA製造商

1、Xilinx，開發平臺為ISE

2.Altera，開發平臺為Quartus II

3.Actel，開發平臺為libero

4.Lattice，軟體平臺Lattice radiant

5.Atmel公司

6.Xilinx，軟體平臺Vitis

7.Intel Altera，軟體平臺Quartus II

Softphone平臺，Softphone 8

9、微芯片

基於MCU、定制ASIC和大型線束的FPGA開發板實現發動機和控制電子設備的系統方案已接近其科技和應用極限，汽車行業面臨著新的設計挑戰。

通過使用擴展溫度範圍的FPGA科技，汽車電子設計人員可以顯著提高其處理多種故障的能力。 儘管許多組件供應商使用預防性設計科技和有限的方法來類比和類比環境影響，但一些FPGA架構在承受擴展的溫度範圍方面仍然具有固有的優勢。

極端環境通常會導致與FPGA組裝和封裝相關的故障模式，與設備本身無關。 囙此，在汽車電子系統的各個層次預留規格空間是非常重要的。 Xilinx和Actel等FPGA供應商提供的產品具有廣泛的軍用溫度範圍，可以更好地定義熱膨脹係數，避免熱應力的影響。

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