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FPGA介绍

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中国传媒大学刘昌银

liu.chy@live.com

FPGA技术与应用

FPGA Technology and Applications

课程号 2111030225

FPGA设计流程

Outline

▪ FPGA简介

▪ FPGA硬件设计概念

▪ FPGA设计流程与仿真

▪ VHDL

2022/8/31

FPGA技术与应用中国传媒大学刘昌银 2

什么是FPGA

▪ 数据/数字信号处理可采纳的方式：CPU、GPU、FPGA、ASIC

▪ 选择的因素：

▪ 延迟：完成计算工作需要多久？

▪ 连接性：可以连接哪些输入 / 输出，带宽如何？

▪ 工程成本：为了表达所需计算，需要付出多少精力？

▪ 能效：计算过程能耗如何？

▪ Field Programmable Gate Array

2022/8/31

FPGA技术与应用中国传媒大学刘昌银 3

Why FPGA，vs CPU/GPU?

▪ 延迟：FPGA 在这方面更胜一筹。

▪ 连接性：FPGA 可以直接连接至输入，提供非常高的带宽。

▪ 工程成本：FPGA 的工程成本通常远高于基于指令的架构，那么选择这种方式，肯定是

因为其他方面的优势值得这样做。

▪ 能效：这往往是 FPGA 最大的优势，但 FPGA 是否真的能胜过 CPU 或 GPU，这主要

取决于具体应用。

2022/8/31

FPGA技术与应用中国传媒大学刘昌银 4

FPGA epoch

▪ FPGA 1.0（上世纪80年代到90年代中期）

▪ 实现编译码、地址转换、状态机等简单的逻辑功能，从而实现多个通用或专用芯片之间的“胶合”。

▪ Xilinx XC2064是首款 FPGA。1991年，Xilinx XC4000系列产品是全球第一款被广泛使用的FPGA

▪ Altera是世界上“可编程芯片系统”（SOPC）解决方案倡导者。Altera推出了带有集成锁相环

（PLL）的FPGA——FLEX

10k，以及带有嵌入式模块RAM的FPGA——FLEX 10k。高速的嵌入

式块RAM是一个开创新的思维。

▪ 硬件描述语言（HDL）的出现给了设计者和使用者更灵活的选择

▪ FPGA2.0（上世纪90年代中期到2017年左右）

▪ 很多FPGA被用于为网络和存储实现接口，同时随着FPGA的密度和性能不断提升，它们被用于一

些更复杂的功能，而不仅仅是胶合逻辑。而这些应用将FPGA的市场需求总量扩展到大约50亿美元。

▪ FPGA 3.0（2017以后）

▪ 核心内容是数据加速。现在的FPGA已经成为计算引擎。

▪ FPGA角色

2022/8/31

FPGA技术与应用中国传媒大学刘昌银 5

https://www.sdnlab.com/23909.html

https://www.nextplatform.com/2020/01/20/the-three-eras-of-programmable-logic/

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