FPGA需要跑多快？影响FPGA计算性能的几大因素

FPGAvs. ASIC

专用芯片ASIC的开发流程是：设计、验证、流片、封装、测试；

而FPGA已经是做好的芯片，所以不需要流片、封装、测试。这样，可以至少节省四个月的时间。

另外ASIC还有可能多次流片才能成功，同步的软件开发也需要芯片做好才能完成大部分功能，这些也是时间成本。

在量小的时候，FPGA的成本低，量大了之后，ASIC的成本低。

FPGA的功耗比ASIC高，因为有很多多余的逻辑，不过比CPU省电，毕竟CPU的多余逻辑更多。

相比ASIC，FPGA的调试比较方便，可以直接烧到FPGA执行，也可以用调试工具抓取芯片里面的信号查看状态。

FPGA需要跑多快？

跟Intel CPU相比，FPGA的主频差一个数量级，一般FPGA芯片时钟频率300MHz左右，而Intel CPU可以到3GHz，就是说CPU 1秒能做30亿次计算，而FPGA只能做3亿次，差了10倍。

另外FPGA用作可重构计算是来加速CPU的，如果和CPU跑一样快就没意思了，所以一般要比CPU快5倍才行。

FPGA的开发周期是比较久的，1年甚至2年很正常，在这个过程中，CPU上的软件算法还在不断升级，所以有可能FPGA算法设计的比CPU快，等开发完，却发现CPU上的软件算法快速迭代，已经超过FPGA算法了。这种事还是比较常见的，不只是软件算法升级，CPU自己也会升级，这些都有可能让FPGA加速器做了无用功。比如用FPGA做一个数据压缩卡，可是CPU可能就自己带了一个数据压缩功能，成本还比FPGA卡低，开发FPGA的人白干一场。

所以，正常来说，FPGA算法加速性能设计的时候要比CPU快5-10倍才能保证最终做出来的产品是可以实现硬件加速的目标。

影响FPGA计算性能的几大因素

1. 数据并行性

对FPGA计算来说，同时处理大量的数据，同时数据之间没有相互依赖是最好的。这样，可以有几百上千个并行计算单元独立处理几百上千个数据，如果数据之间有依赖，比如有很多的if else，就并发不起来，A必须要等B完成才能执行。就跟步骑兵混合军团出征，如果将军下令大家要同步进军，步兵要和骑兵一起冲，骑兵不能跑太快，要等步兵一起走，那这个仗就没法打了，只能被敌人包饺子。

2. 数据大小和计算复杂度

FPGA并行计算是很多个计算并行执行，如果每个计算单元要处理的数据太多，同时计算逻辑太复杂，那么占用的FPGA计算资源就变多了，这样总的并行单元数量相应减少，性能下降。而且，老司机都知道，计算逻辑太复杂，在电路上消耗的时间变多，还会导致每个模块的延迟变长，这样时钟频率也会下降，也会影响到性能。

3. 流水线

计算复杂的时候，延迟会变长，如果要求计算任务在一个时钟周期里完成，那么时钟周期就变长了，相应的频率降低，性能下降。所以为了提高时钟频率，FPGA会采用流水线技术，把复杂的计算分解成几段，放到几个时钟周期里完成。这样做的后果就是，计算需要的时间变长了，但是总的性能却提高了

4. 静态控制逻辑

我们写软件程序的时候，习惯了给函数很多参数作为条件，根据参数内容执行函数的操作。FPGA做计算就不希望靠参数内容确定怎么计算，而是希望一开始就定好。比如在软件里面，算个位数的平方和二位数的平方差不多，可是到FPGA里面，个位数需要的计算资源少，二位数占用的多，一个计算单元要同时支持个位数和二位数平方计算就会很占资源，最好是一开始就确定好算哪一种，不要动态确定。

归根结底，我们只要明白FPGA计算快的两大优点就是并行和流水线，但是必须时刻有并行计算的思想，尽量压缩算法占用的资源，这样才能用有限的FPGA计算资源实现最强大的并行计算能力。

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