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FPGA相比CPU在运算中的优势

FPGA极客空间 2018-03-28 17:10 次阅读

FPGA相比于CPU,最大的优点在于速度,简单来讲,FPGA是靠控制每个时钟(Cycle)来驱动信号与寄存器传输的,也就是说可以通过时钟来精确控制任务。而且,FPGA是并行执行的,每个Cycle可以同时执行上百万个数据流任务,所以,和CPU相比,FPGA是通过较慢的时钟频率,同时并行执行数据流,而CPU虽然主频高,但是并行执行能力差,综合起来对于同样的代码,应用程序在FPGA上的运行速度可能比在传统CPU上运行要快100倍。

FPGA中包含上千万的可编程逻辑资源,具有并行性和并发性的优点。在设计时,工程师可以利用这种并行体系结构,将设计分解为结构良好的数据执行流。

例如,一帧图像,如果按照传统处理方式,可以按像素来处理整个图像。但是当并行处理时,它被分解成不同的碎片,由不同的进程同时进行处理,然后再拼凑回一起。过程虽然变复杂了,但是速度快了许多,要求输入数据必须以最优的方式分解,并有效地分配给每个进程,然后将处理后的数据收集并重新组装,从而大大提高了效率。

在一个普通的CPU中,这一过程涉及到数据从内存中存入和取出,以及使进程对当前内存状态保持一致的复杂协议。即使是最大的英特尔CPU也只有18个内核。相比之下,在FPGA中,数据流可以被设计,因此它永远不会离开芯片。数以万计的并发进程可以同时存在,并且处理的时间得到了优化,因此吞吐量始终是最大的。

通过FPGA实现还有给优势就是成本。使用FPGA可以节省大量成本,因为提高速度的同时减少了硬件需求,一个FPGA可以执行许多服务器的任务。

最后,FPGA具有强大的新一代互联互通和增强的灵活性,可以利用最新的技术发展在器件上重新编程。一旦启动并运行,FPGA就可以随时改变以满足不断变化的业务需求。

原文标题:FPGA在运算中的优势

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