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`对当今的硬件工程师来讲,FPGA的应用是同PCB设计一样必须掌握的技能,因此在过去三年里我们摩尔吧的硬禾实战营最重要的技能培训就是融合了PCB设计的FPGA编程和系统应用,因为在数字化逻辑支撑整个现代科技的今天,不会用FPGA也就意味着无法用数字逻辑的思维方式来解决问题,也就很难成为一个优秀的系统工程师,也会错失掉蓬勃发展的物联网、工业4.0、人工智能等浪潮。 我们先来看看FPGA的重要性: FPGA的技术已经已经发展了30多年了,到了今天它和CPU架构一样,玩家越来越少、技术越来越高端,应用越来越深入到各个领域,成了支撑当今各项高科技领域(物联网、大数据、云计算、无人驾驶、智能制造、人工智能)的基础。 这张图看得出FPGA和CPU并驾齐驱,不断刷新性能指标,由于FPGA的可并行利用资源的特点,其计算能力要远超已经采用多核技术的CPU架构。 经过30年的发展,FPGA已经不再是当初简单的“可编程逻辑器件(PLD)”了,在器件内部集成了更多需要灵活配置的可半定制化的功能,在两个大佬Xilinx和Altera/Intel内部集成了硬核化的CPU之后,现在的FPGA更像是芯片领域的“变形金刚” - 五脏俱全并可变化万千。 CPU届的老大Intel嗅觉灵敏,3年前果断出手将FPGA的两巨头之一的Altera收入囊中,高度整合CPU/FPGA,为大数据、云计算以及人工智能大时代做足了准备。 一路高歌猛进的Xilinx,在兄弟Altera被招安以后,独步江湖成为了数字世界的“擎天柱”。 如果是说Xilinx和Altera是飞机、高铁的话,还有两位低调的小兄弟“Lattice”和“Actel”(先被Microsemi收编,又到了MCU大佬Microchip的麾下),他们不放弃、不抛弃,就像滴滴、摩拜一样用自己精雕细琢的服务支撑着从简单的逻辑变换、协议接口到图像处理、深度学习等几乎所有的领域。 FPGA无处不在 - 这张图可以看出来,几乎你能想象到的所有技术领域都会用到FPGA。 最简单的是做接口/协议连接的功能,通过各种逻辑组合,以灵活、高速、资源丰富的优势帮助ASIC(专用集成电路)实现系统所需要的一切功能,也就是说在数字域,凡是你选用的ASIC不能实现的功能,都可以用FPGA来协助。 在人工智能时代,虽然GPU炙手可热,但在灵活性和高性能之间最佳的平衡绝对离不开FPGA。这就是为什么Xilinx的股票持续上涨、美国总统亲自否决中国对Lattice的收购的原因,因为这玩意儿太重要了,未来会越来越重要 - 具有高度杀伤力的核心技术。 这张图简单地展示了FPGA在人工智能领域应用的优势所在。 微软的云服务当然缺少不了FPGA了,无数颗的CPU、GPU,仍旧离不开FPGA,从这个图上隐约觉得FPGA就是云中的带头大哥“擎天柱”。 是不是“不明觉历”?我们不能只是停留在“不明”的阶段,对这么厉害的技术一定要“明”,一定要知道它是什么?它应该怎么用?先通过一张图简单看一下FPGA是如何构成的。 以Xilinx的Virtex II为例的FPGA内部结构 FPGA是一种可编程的数字逻辑芯片,我们可以通过对其编程实现几乎任何的数字功能,最简单的如: 丰富的可编程逻辑资源(CLB) - 各种组合逻辑、时序逻辑,门“阵列” 丰富的内部存储资源(Block RAM) - 可以组成ROM、双口RAM、FIFO等等各种需要的存储结构 可编程的IO - 每一个输入输出管脚都可以单独定义、配置,支持同其它器件的灵活连接 看到这里是不是就觉得它很强大了?这只是FPGA冰山的一个小角而已,即便掌握了这些基本功能的使用,就足以让我们硬件工程师的技能得到大大的提升,在产品设计中上一个大的台阶,哪些提升呢? FPGA在数字世界里它无所不能,就像乐高的积木一样可以搭建各种不同的功能模块,实现你所希望的各种功能,这是你产品中非常重要的一块,可以大大加速你产品的开发时间,可以大大降低系统的成本及设计风险,可以为你产品的升级、调整带来大大的灵活性; 数字逻辑的思想 - 首先你必须掌握最基本的数字逻辑知识,学会一种用来构建各种功能的工具语言(在这里我们推荐广受欢迎的Verilog),再次你要动脑(考验的是你的逻辑思维是否清晰),一个优秀的建筑师的作品是在脑子里勾画出来的,而不是拿积木碰运气拼凑出来的; 并行设计的理念 - 同CPU不同的是FPGA是并行处理的,如果要处理并行的多个任务,CPU必须经过非常复杂的任务调度,有时候不得不联合多核一起,而多数情况下一颗小小的FPGA就能搞定所有的任务,从设计理念上这是孑然不同的; 资源的合理利用 - 各个厂商的各种型号的FPGA可供你选用,有啥呢?就像你出行是选择乘飞机、高铁、出租还是骑自行车一样,每种方式都要付出不同的成本,而根据需要选择最适合的资源配置在使用FPGA的过程中能够得到最充分的体验; 哪怕你做一个小小的项目,你会惊奇地发现它很有趣,你任何天马行空的想法都可以通过FPGA来快速实现,在乐趣中找到爆棚的自信感。 所以,你有必要像对待PCB设计一样也来学习FPGA,甚至投入更高的热情。 很多人都会说,老师,我知道你说的这些,我也很想学,但是好像很难哦,好像我们学校的老师都不会哦,好像学习这个要花很多钱买开发板哦,好像要花很长时间也学不会哦。 我要说的是,这些学生是被严重误导了,被一些唯利是图的江湖郎中们给带沟里去了,其实呢学习FPGA并不难,比学习PCB设计还要简单的多: 一台电脑 - 能装FPGA的编译系统就可以了 一个FPGA学习板 - 只需不到200元就可以了(三两个朋友搓一顿饭的钱而已了),随时随地可以编程学习 一个随时给你指导的工程师团队 - 通过我们的FPGA学习群 当然,如果你想更快地入门,让师父领进门,只需要1天的时间就可以,你可以联系我们的小脚丫FPGA团队,他们以自己的专业、负责,用自己的实力征服了全国50多所高校的教学实验。` |
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