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[经验] 5G+大数据的环境下,电子工程师如何突出重围?

2019-12-19 18:48:44  942 FPGA 开发板 Xilinx 电子工程师
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云计算、物联网、5G等技术的发展,将我们带到了一个数字化的世界。数据呈现出一个指数型的增长,预测估计在2020年平均每个互联网用户,每天会产生1.5GB的数据。

这么多的数据也给我们带来了很大的挑战。必须在云计算、数据中心网络的基础设施方面进行非常大的调整,才能满足大数据时代的需求和挑战。


一、FPGA为什么是建设智能互联的关键?
根据预测,到2020年,将会有500亿个终端联网,现在联网的终端数量才仅是80亿个。未来联网的这些终端数量比现在所需要的带宽都要高很多。思科预测到2020年IP的流量会达到2300EB量级每年。
数据中心会和这些终端连接起来,这些终端又会和数据中心实现连接,这样的方式被称为一个良性的循环,这个循环随着物联网的发展会加速,意味着网络就必须要在更高的速度上处理更多的数据,数据中心也必须要做更复杂的计算,处理更大的数据集,即使嵌入式的终端和设备也要做很多本地的计算。
除此之外,数据中心还会应对一些更加具有挑战性的工作负载。比如说要进行大数据的分析,还有机器学习,最后可以看到在整个循环当中我们会出现一些瓶颈和计算的热点,这个是CPU单独无法应对的,所以说这个时候就需要一种新的技术--FPGA。

那么,接下来我们让我们深入了解下FPGA。FPGA有哪些优势和特色?fpga有哪些应用领域?FPGA有哪些核心优点?如何学习FPGA?等等疑问,让我们带着疑问往下看......

二、FPGA有哪些优势和特色?
1、高性能、低功耗。可以根据客户进行定制,做针对性的算法设计,尤其是在处理海量数据的时候,FPGA相比CPU和GPU,计算效率更高,其高并行性的特性往往可以使业务性能得到量级的提升;第二,灵活性强,FPGA是现场可编程逻辑门阵列,可以重复编程,比如在数据中心部署之后,可根据业务形态来配置不同的逻辑,实现不同的硬件加速功能。

2、FPGA加速技术在人工智能、5G、自动驾驶和数据中心等领域的应用会越来越广泛。FPGA支持差异化定制,是一种极具竞争力的大数据、深度学习、无线通信加速器;FPGA支持底层硬件架构重新调整和软件自定义,因此可融合最新的行业创新技术;FPGA具有高效可重复编程特性,可实现定制性能、定制功耗、高吞吐量和低批量延迟,满足用户对各种规格的要求。

3、研调机构Global Market Insights的最新报告显示。FPGA市场在2015~2022年间的复合增长率为8.4%,到2022年其市场规模有望超过99.8亿美元。曹志平对这一预测持保留态度,他认为作为一项充满活力的新技术,如果只有不足10%的增长率,很难满足人们的预期。作为强大的“加速器”,FPGA必将挖掘更多的应用场景,特别是那些可能会引发爆炸性效果的“杀手级”应用。
三、FPGA有哪些应用领域?
1、数据采集接口逻辑领域
(一)FPGA在数据采集领域的应用
  由于自然界的信号大部分是模拟信号,因此一般的信号处理系统中都要包括数据的采集功能。通常的实现方法是利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号后,送给处理器,比如利用单片机(MCU)或者数字信号处理器(DSP)进行运算和处理。

  对于低速的A/D和D/A转换器,可以采用标准的SPI 接口来与MCU或者DSP通信。但是,高速的A/D和D/A转换芯片,比如视频Decoder或者Encoder,不能与通用的MCU或者DSP直接接口。在这种场合下,FPGA可以完成数据采集的粘合逻辑功能。

(二)FPGA在逻辑接口领域的应用
  在实际的产品设计中,很多情况下需要与PC机进行数据通信。比如,将采集到的数据送给PC机处理,或者将处理后的结果传给PC机进行显示等。PC机与外部系统通信的接口比较丰富,如ISA、PCI、PCI Express、PS/2、USB等。

  传统的设计中往往需要专用的接口芯片,比如PCI接口芯片。如果需要的接口比较多,就需要较多的外围芯片,体积、功耗都比较大。采用FPGA的方案后,接口逻辑都可以在FPGA内部来实现了,大大简化了外围电路的设计。

  在现代电子产品设计中,存储器得到了广泛的应用,例如SDRAM、SRAM、Flash等。这些存储器都有各自的特点和用途,合理地选择储存器类型可以实现产品的最佳性价比。由于FPGA的功能可以完全自己设计,因此可以实现各种存储接口的控制器。

(三)FPGA在电平接口领域的应用
  除了TTL、COMS接口电平之外,LVDS、HSTL、GTL/GTL+、SSTL等新的电平标准逐渐被很多电子产品采用。比如,液晶屏驱动接口一般都是LVDS接口,数字I/O一般是LVTTL电平,DDR SDRAM电平一般是HSTL的。

  在这样的混合电平环境里面,如果用传统的电平转换器件实现接口会导致电路复杂性提高。利用FPGA支持多电平共存的特性,可以大大简化设计方案,降低设计风险。

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2、高性能数字信号处理领域
  无线通信、软件无线电、高清影像编辑和处理等领域,对信号处理所需要的计算量提出了极高的要求。传统的解决方案一般是采用多片DSP并联构成多处理器系统来满足需求。

  但是多处理器系统带来的主要问题是设计复杂度和系统功耗都大幅度提升,系统稳定性受到影响。FPGA支持并行计算,而且密度和性能都在不断提高,已经可以在很多领域替代传统的多DSP解决方案。

  例如,实现高清视频编码算法H.264。采用ti 公司1GHz主频的DSP芯片需要4颗芯片,而采用altera的StraTI xII EP2S130芯片只需要一颗就可以完成相同的任务。FPGA的实现流程和ASIC芯片的前端设计相似,有利于导入芯片的后端设计。

3、其他应用领域
除了上面一些应用领域外,FPGA在其他领域同样具有广泛的应用。
(1)汽车电子领域,如网关控制器/车用PC机、远程信息处理系统。
(2)军事领域,如安全通信、雷达和声纳、电子战。
(3)测试测量领域,如通信测试和监测、半导体自动测试设备、通用仪表。
(4)消费产品领域,如显示器|、投影仪、数字电视和机顶盒、家庭网络。
(5)医疗领域,如软件无线电、电疗|、生命科学。

四、如何学习FPGA?
FPGA对我们如此重要,那么对于初学者来说,到底该如何学习FPGA呢?学习一门技术最好有合适的指导老师,这样对掌握FPGA技术更容易,可惜的是大部分的学校还未开设相关的课程,也缺少具有实践经验的老师,那么如何才能找到一种捷径帮助初学者快速学会如此具有竞争力的技术呢?在5G红利的大环境下对于很多FPGA工程师来说,一直以来都没有一个比较科学、体系化的学习路径。这导致他们学习与实践只能依靠那些碎片化的知识,效率极度低下,长期在迷茫中徘徊。

(1)掌握FPGA的编程语言
在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言开始,学习FPGA的编程语言有两种:VHDL和Verilog ,这两种语言都适合用于FPGA的编程,VHDL在欧洲的应用较为广泛,而Verilog在中国、美国、日本、台湾等地应用较为广泛,建议学习Verilog,因为它非常易于学习,很类似于C语言,如果具有C语言基础的人,只需要花很少的时间便能迅速掌握Verilog,而VHDL则较为抽象,学习的时间较长。

(2)FPGA实验尤为重要
除了学习编程语言以外,更重要的是实践,将自己设计的程序能够在真正的FPGA里运行起来,这时我们需要选一块板子进行实验。

(3)FPGA培训不可忽视
在有条件的情况下,参加FPGA的培训可以在短时间内大幅提升自己的水平,因为有老师带着可以省去了很多弯路。
为此,电子发烧友学院特别联合高校御用外聘教师-梦翼师兄,8年FPGA开发经验和教学经验,根据企业用人需求,提取了许多实际项目中所用到的知识点,细化了难点,重点,进而将其整合,修改,为大家专门打造了一门《FPGA实战课程众筹开发套件视频教程。(12月19日当天参与众筹的学员,还可额外获得99元四层板设计课程)

这是一个什么样的课程?

1)如果您满足以下其中一点,那么恭喜您!这个课程非常适合您!
• 在校生:众筹课程手把手教学,从软件安装到基础语法,再到开发板实操,基础薄弱的学员也能快速掌握。
• 1-3年经验工程师:众筹课程配套开发板,可以帮助有经验的工程师快速构建自己的项目体系,提升项目调试效率。
• 转行/就业:课程设计从实战就业出发,配合线上线下的技术支持,完全的0基础教学。


2)6大课程亮点,打造更全面的开放技能

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3)学完本门课程,您将获得哪些受益呢?
• 手把手教学,全程工程实践。学完可以直接从事相关工作
• 快速了解各种常用外设的使用以及驱动编写,加速自己公司项目研发进度和项目产品质量
• 通过项目实战,可以快速积累经验。短期内掌握大量外设的FPGA驱动方法
• FPGA主要优势就是速度快,精度高。可以应用于大数据处理、采集的工业现场。它的速度优势是传统其他芯片不可比拟的
• 教学采用极简设计法,上手非常快。大量节约学者时间和精力

4)本次课程将以全网首发众筹的方式给到大家,其中:
套餐一包含:初级开发板+FPGA项目实战视频
套餐二包含:中级板子+FPGA项目实战视频
套餐三包含:初级开发板+中级开发板+FPGA项目实战视频

想要详细了解课程的同学,可以直接扫码进入课程页面:

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另外,小编再给大家介绍下这门课程的基本信息

1、配套开发板(初、中级任你选择)

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2、 课程大纲
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3、讲师介绍

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参与众筹立即开通学习权限,另外我们将免费开放前四章视频给到大家试看,目录如下:

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12月19日-12月23日当天参与众筹学员,还赠送价值99元如何利用altium Designer软件进行四层板设计 课程,目录如下:

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我比任何人,都更加坚定不移地相信:学习是有捷径的,掌握好的方法,可以少走弯路。

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王栋春 2019-12-19 21:41:00
非常有前景的发展方向
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Linfinite 2019-12-25 09:56:45
非常有前景!!!!!!!!!
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zhunengyi 2020-2-18 13:31:40
谢谢楼主分享!学习一下
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