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FPGA与GPU类比一下就明白了

2019-12-03 15:28 次阅读

FPGA 是一堆晶体管,你可以把它们连接(wire up)起来做出任何你想要的电路。它就像一个纳米级面包板。使用 FPGA 就像芯片流片,但是你只需要买这一张芯片就可以搭建不一样的设计,作为交换,你需要付出一些效率上的代价。
 

从字面上讲这种说法并不对,因为你并不需要重连(rewire)FPGA,它实际上是一个通过路由网络(routing network)连接的查找表 2D 网格,以及一些算术单元和内存。FPGA 可以模拟任意电路,但它们实际上只是在模仿,就像软件电路仿真模拟电路一样。这个答案不恰当的地方在于,它过分简化了人们实际使用 FPGA 的方式。接下来的两个定义能更好地描述 FPGA。
 

电路模拟是 FPGA 的经典主流用例,这也是 FPGA 最早出现的原因。FPGA 的关键在于硬件设计是用 HDL 形式编码的,而且买一些便宜的硬件就可以得到和 ASIC 相同的效果。当然,你不可能在 FPGA 和真正的芯片上使用完全相同的 Verilog 代码,但至少它们的抽象范围是一样的。

这是与 ASIC 原型设计不同的一个用例。和电路仿真不同,计算加速是 FPGA 的新兴用例。这也是微软最近成功加速搜索和深度神经网络的原因。而且关键的是,计算实例并不依赖于 FPGA 和真正 ASIC 之间的关系:开发人员针对基于 FPGA 的加速编写的 Verilog 代码不需要与用来流片的 Verilog 代码有任何的相似性。

这两种实例在编程、编译器和抽象方面存在巨大差异。我比较关注后者,我将其称为「计算 FPGA 编程」(computaTIonal FPGA programming)。我的论点是,目前计算 FPGA 的编程方法都借鉴了传统的电路仿真编程模型,这是不对的。如果你想开发 ASIC 原型的话,Verilog 和 VHDL 都是正确的选择。但如果目标是计算的话,我们可以也应该重新思考整个堆栈。
  让我们开门见山地说吧。FPGA 是一类很特殊的硬件,它用来高效执行模拟电路描述的特殊软件。FPGA 配置需要一些底层软件——它是为了 ISA 编写的程序。 这里可以用 GPU 做类比。   在深度学习和区块链盛行之前,有一段时间 GPU 是用来处理图形的。在 21 世纪初,人们意识到他们在处理没有图形数据的计算密集型任务时,也会大量使用 GPU 作为加速器:GPU 设计师们已经构建了更通用的机器,3D 渲染只是其中一个应用而已。
 FPGA的定义以及和GPU的类比
  计算 FPGA 遵循了相同的轨迹。我们的想法是要多多使用这一时兴的硬件,当然不是为了电路仿真,而是利用适合电路执行的计算模式,用类比的形式来看 GPU 和 FPGA。
  为了让 GPU 发展成今天的数据并行加速器,人们不得不重新定义 GPU 输入的概念。我们过去常常认为 GPU 接受奇特的、强烈的、特定领域的视觉效果描述。我们实现了 GPU 执行程序,从而解了它们真正的潜力。这样的实现让 GPU 的目标从单个应用域发展为整个计算域。   我认为计算 FPGA 正处于类似的转变中,现在还没有针对 FPGA 擅长的基本计算模式的简洁描述。但它和潜在的不规则并行性、数据重用以及大多数静态的数据流有关。   和 GPU 一样,FPGA 也需要能够体现这种计算模式的硬件抽象,Verilog 用于计算 FPGA 的问题在于它在低级硬件抽象中效果不好,在高级编程抽象中的效果也不好。让我们通过反证法想象一下,如果用 RTL(寄存器传输级)取代这些角色会是什么样。   甚至 RTL 专家可能也无法相信 Verilog 是可以高效开发主流 FPGA 的方式。它不会把编程逻辑推向主流。对于经验丰富的硬件黑客来说,RTL 设计似乎是友好而熟悉的,但它与软件语言之间的生产力差距是不可估量的。
  事实上,对现在的计算 FPGA 来说,Verilog 实际上就是 ISA。主要的 FPGA 供应商工具链会将 Verilog 作为输入,而高级语言的编译器则将 Verilog 作为输出。供应商一般会对比特流格式保密,因此 Verilog 在抽象层次结构中会处于尽可能低的位置。
  把 Verilog 当做 ISA 的问题是它和硬件之间的距离太远了。RTL 和 FPGA 硬件之间的抽象差距是巨大的,从传统角度讲它至少要包含合成、技术映射以及布局布线——每一个都是复杂而缓慢的过程。因此,FPGA 上 RTL 编程的编译/编辑/运行周期需要数小时或数天,更糟糕的是,这是一个无法预测的过程,工具链的深层堆栈可能会掩盖 RTL 中的改变,这可能会影响设计性能和能源特性。
  好的 ISA 应该直接展示底层硬件未经修饰的真实情况。像汇编语言一样,它其实不需要很方便编程。但也像汇编语言一样,它的编译速度需要非常快,而且结果可预测。如果想要构建更高级的抽象和编译器,就需要一个不会出现意外的低级目标。而 RTL 不是这样的目标。
  如果计算 FPGA 是特定类算法模式的加速器,那当前的 FPGA 并不能理想地实现这一目标。在这个游戏规则下能够击败 FPGA 的新硬件类型,才可能带来全新的抽象层次结构。新的软件栈应该摒弃 FPGA 在电路仿真方面的遗留问题,以及 RTL 抽象。
 -END-

原文标题:FPGA难懂?与GPU类比一下就明白了

文章出处:【微信号:gh_c472c2199c88,微信公众号:嵌入式ARM】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

系列固定输出低静态电流低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP502系列具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP502设计用于低成本陶瓷电容器。 LDO线性稳压器采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 典型值为40μA的低静态电流 优良线路和负载调节 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 应用 手机 电池供电消费品 手持式仪器 可携式摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 15次 阅读
NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

固定输出低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP512具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP512设计用于低成本陶瓷电容。 LDO采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.2,2.5,2.7,2.8,3.0,3.1,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流40μA典型 低压差250 mV,80 mA 低输出电压选项 输出电压精度2.0% 工业温度范围-40° C到85°C 应用...
发表于 07-30 10:02 12次 阅读
NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

NCP699 LDO稳压器 150 mA 带使能

固定输出LDO线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP699系列具有40 uA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的内部电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP699设计用于低成本陶瓷电容器。该器件采用微型TSOP-5表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.4,1.5,1.8,2.5,2.8,3.0,3.1,3.3,3.4和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 优势 极低地电流为40 uA典型 最大限度地降低功耗 150 mA时的低压差340 mV和3.0 V Vout 延长电池使用量。保留更长的监管 启用控制(高电平有效,支持低于1伏逻辑) 输出电压精度为2.0% 工作温度范围-40C至+ 85C 使用1 uF陶瓷或钽电容器稳定 应用 终端产品 移动电话 电池供电的消费产品 HandHeld Instruments 打印机和办公设备 摄像机和相机 打印机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 38次 阅读
NCP699 LDO稳压器 150 mA 带使能

NCP698 LDO稳压器 150 mA 超低Iq

列固定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5 uA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP698系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP698设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.5,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可提供无铅电镀选项。 特性 优势 超低静态和接地电流 最小化功耗 低压差 延长电池使用时间。保留更长的监管。 低输出电压选项 输出电压准确度为2.0% 温度范围-40C至85C 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 44次 阅读
NCP698 LDO稳压器 150 mA 超低Iq

NCP563 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP562系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP562设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可以使用无铅电镀选项。 特性 典型值为2.5μA的低静态电流 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% -40°C至85°C的温度范围 NCP562提供启用引脚 Pb - 免费套餐可用 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 51次 阅读
NCP563 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

固定输出低静态电流低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP511具有40μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP511设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为1.0 5F。 LDO采用微型TSOP-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低典型值为40μA的静态电流 100 mA时100 mV的低压差电压 出色的生产线和负荷调节 最大工作电压6.0 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 无铅封装可用 应用 手机 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 38次 阅读
NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

MC79M LDO稳压器 500 mA 5 V 负极

0负线性稳压器用于补充流行的MC78M00系列器件。 可提供-5.0,-8.0,-12和-15 V的固定输出电压选项,该负线性稳压器采用限流,热关断和安全区域补偿 - 使其在大多数操作下非常坚固条件。通过充分的散热,可以提供超过0.5 A的输出电流。 规格: MC79M00B MC79M00C 公差 4% 4% 温度范围 -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 DPAK,TO-220 DPAK,TO-220 特性 无需外部组件 内部热过载保护 内部短路电流限制 输出晶体管安全区域补偿 也可用于表面贴装DPAK(DT)封装器件类型/标称输出电压MC79M05 -5.0 VMC79M 12-12 V MC79M08-8.0 VMC79M15-15 V 无铅封装可能有效。 G-Suffix表示 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 77次 阅读
MC79M LDO稳压器 500 mA 5 V 负极

MC34268 LDO稳压器 800 mA 2.85 V SCSI-2有源端接器

8是一款中等电流,低压差(LDO)正线性稳压器,专为SCSI-2有源终端电路而设计。该器件为电路设计人员提供了一种经济的精密电压调节解决方案,同时将功率损耗降至最低。线性稳压器由1.0 V压差复合PNP / NPN传输晶体管,限流和热限制组成。该LDO采用SOIC-8和DPAK-3表面贴装功率封装。 应用包括有源SCSI-2端接器和开关电源的后置调节。 特性 2.85 V SCSI-2有源端接的输出电压 1.0 V Dropout 输出电流超过800 mA 热保护 短路保护 输出调整为1.4%容差 无需最低负载 节省空间的DPAK-3,SOT-223和SOIC-8表面贴装电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 55次 阅读
MC34268 LDO稳压器 800 mA 2.85 V SCSI-2有源端接器

MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

00低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 MC78LC00系列具有1.1μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管和用于设置输出电压的电阻。 MC78LC00低压降(LDO)线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为0.1μF。 LDO采用微型薄型SOT23-5表面贴装封装和SOT-89,3引脚封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,4.0和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流1.1μA典型 出色的线路和负载调节 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.5% 工业温度范围-40°C至85°C 两个表面贴装封装(SOT-89,3针或SOT-23,5针) 无铅封装可用 应用 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 95次 阅读
MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极

固定输出负线性稳压器旨在作为流行的MC7800系列器件的补充。该负电压调节器提供与MC7800器件相同的七电压选项。此外,负系统MC7900系列还提供MECL系统中常用的一个额外电压选项。 这些线性稳压器具有-5.0 V至-24 V的固定输出电压选项,采用限流,热关断和安全区域补偿 - 使其在大多数工作条件下非常坚固。通过充分的散热,它们可以提供超过1.0 A的输出电流。 规格: MC7900AC MC7900B MC7900C 容差 2% 4% 4% 温度范围 0°C至+ 125°C -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125° C 包装 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO -220 特性 无需外部组件 内部热过载保护 内部短路电流限制 输出晶体管安全区域补偿 2%电压T可用油酸(参见订购信息) 无铅包可能有货。 G-Suffix表示无铅铅涂层。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 50次 阅读
MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极

NCV97310 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

10是3输出稳压器,由低Iq电池连接的3 A 2 MHz非同步开关和两个低压1.5 A 2 MHz同步开关组成;所有都使用集成功率晶体管。高压开关能够以4.1 V恒定的开关频率将4.1 V至18 V电池输入转换为5 V或3.3 V输出,提供高达3 A的电压。在过压条件下,最高可达3 A. 36 V,开关频率折回1 MHz;在高达45 V的负载突降条件下,稳压器关闭。电池连接降压稳压器的输出用作2个同步开关的低压输入。每个下行输出可在1.2 V至3.3 V范围内调节,具有1.5 A电流限制和恒定的2 MHz开关频率。每个开关都有独立的使能和复位引脚,提供额外的电源管理灵活性。对于低Iq工作模式,低压开关被禁用,待机轨由低Iq LDO(高达150 mA)供电,具有典型功能Iq为30 uA。 LDO稳压器与高压开关并联,并在切换器强制进入待机模式时激活。所有3个SMPS输出均采用峰值电流模式控制,内部斜率补偿,内部设置软启动,电池欠压锁定,电池过压保护,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。错误标志可用于诊断。 特性 优势 可编程扩频 EMI降低 打嗝过流保护 短路事件期间降低功率 个别复位引脚可调延迟 电压监控 带有可湿性侧面...
发表于 07-30 05:02 65次 阅读
NCV97310 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

FAN4868UC33X 3 MHz 同步稳压器

8是一款低功耗升压稳压器,旨在通过单节锂离子或锂离子电池提供稳定的3.3 V输出。输出电压选项固定为3.3 V,在VIN = 2.3 V时保证最大负载电流为200 mA,在VIN = 3.3 V时保证300 mA。关断模式下的输入电流小于1μA,从而最大限度地延长电池寿命。 PFM操作是自动的并且“无故障”。该稳压器可在低负载时保持低至37μA静态电流的输出调节。内置功率晶体管,同步整流和低电源电流的组合使FAN4868成为电池供电应用的理想选择.FAN4868可在6-凸点0.4 mm间距晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。 特性 使用少量外部元件工作:1μH电感和0402外壳尺寸输入和输出电容 输入电压范围为2.3 V至3.2 V 固定3.3 V输出电压选项 最大负载电流> 150 mA,VIN = 2.3 V 最大负载电流300 mA,VIN = 2.7 V,VOUT = 3.3 V 低工作静态电流 True Load Disc关机期间的连接 具有轻载省电模式的可变导通时间脉冲频率调制(PFM) 内部同步整流器(无需外部二极管) 热关断和过载保护 6-Bump WLCSP,0.4 mm间距 应用 终端产品 为3.3 V核心导轨供电 PDA...
发表于 07-30 05:02 47次 阅读
FAN4868UC33X 3 MHz 同步稳压器

NCV97310A 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

10是3输出稳压器,由低Iq电池连接的3 A 2 MHz非同步开关和两个低压1.5 A 2 MHz同步开关组成;所有都使用集成功率晶体管。高压开关能够以4.1 V恒定的开关频率将4.1 V至18 V电池输入转换为5 V或3.3 V输出,提供高达3 A的电压。在过压条件下,最高可达3 A. 36 V,开关频率折回1 MHz;在高达45 V的负载突降条件下,稳压器关闭。电池连接降压稳压器的输出用作2个同步开关的低压输入。每个下行输出可在1.2 V至3.3 V范围内调节,具有1.5 A电流限制和恒定的2 MHz开关频率。每个开关都有独立的使能和复位引脚,提供额外的电源管理灵活性。对于低Iq工作模式,低压开关被禁用,待机轨由低Iq LDO(高达150 mA)供电,具有典型功能Iq为30 uA。 LDO稳压器与高压开关并联,并在切换器强制进入待机模式时激活。所有3个SMPS输出均采用峰值电流模式控制,内部斜率补偿,内部设置软启动,电池欠压锁定,电池过压保护,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。错误标志可用于诊断。 特性 优势 打嗝过流保护 在短路事件期间降低功耗 具有可调延迟的单个复位引脚 电压监控 可编程扩频 EMI降低 带有可...
发表于 07-30 04:02 41次 阅读
NCV97310A 具有3个降压稳压器的多输出电源管理单元(PMU)

NCP1095 以太网供电 - 供电设备接口控制器 IEEE 802.3bt

5是符合IEEE.3bt,IEEE 802.3af和/或IEEE 802.3at标准的以太网供电设备(PoE-PD)接口控制器,可实现包括连接照明在内的高功率应用的开发。监控摄像头。 NCP1095集成了PoE系统中的所有功能,例如在浪涌阶段的检测,分类和电流限制。 使用外部传输晶体管,NCP1095可提供高达90瓦的输出电压。 NCP1095还提供Autoclass支持,以根据PD类型和分类优化功率分配。 特性 IEEE 802.3bt,IEEE 802.3af,IEEE 802.3at兼容 - 允许高达90 W的功率 - 保证PoE设备之间的互操作性 安森美半导体PoE-PD解决方案系列的一部分 内置71mΩ传输晶体管,支持高功率应用 包括由PoE或墙上适配器供电的应用程序的辅助检测引脚 支持自动分类(Autoclass)功能,允许供电设备(PSE)有效地为每个受电设备(PD)供电 内置热插拔FET也可提供更高集成度(NCP1096) 应用 终端产品 以太网供电设备(PoE-PD) Internet物联网(IoT) IEEE 802.3bt IEEE 802.3af IEEE 802.3at 数字标牌 卫星数据网 连接照明 视频和VOIP电话 安全摄像机 Pico基...
发表于 07-30 02:02 58次 阅读
NCP1095 以太网供电 - 供电设备接口控制器 IEEE 802.3bt

NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 46次 阅读
NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

0 / MC78M00A正线性稳压器与流行的MC7800系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:
发表于 07-29 21:02 67次 阅读
MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极