FPGA，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，作為一種獨(dú)特的可編程邏輯器件，在數(shù)字電路領(lǐng)域大放異彩。它由可配置邏輯塊、互連資源以及輸入 / 輸出塊等構(gòu)成。可配置邏輯塊如同構(gòu)建數(shù)字電路大廈的基石，內(nèi)部包含查找表和觸發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)各類(lèi)組合邏輯與時(shí)序邏輯功能。查找表可靈活完成諸如與、或、非等基本邏輯運(yùn)算，觸發(fā)器則用于存儲(chǔ)電路狀態(tài)信息。通過(guò)可編程的互連資源，這些邏輯塊能夠按照設(shè)計(jì)需求連接起來(lái)，形成復(fù)雜且多樣的數(shù)字電路結(jié)構(gòu)。而輸入 / 輸出塊則負(fù)責(zé) FPGA 與外部世界的溝通，支持多種電氣標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)在 FPGA 芯片與外部設(shè)備之間準(zhǔn)確、高效地傳輸，使得 FPGA 能在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮作用。FPGA 設(shè)計(jì)需平衡資源占用與性能表現(xiàn)。江蘇ZYNQFPGA資料下載
FPGA在衛(wèi)星遙感圖像處理中的高效應(yīng)用衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)量大、處理復(fù)雜，對(duì)時(shí)效性要求高。我們基于FPGA開(kāi)發(fā)遙感圖像處理系統(tǒng)，在圖像預(yù)處理階段，實(shí)現(xiàn)輻射校正、幾何校正等算法的硬件加速，處理一幅10000×10000像素的圖像只需2秒，較傳統(tǒng)GPU方案提升3倍。針對(duì)圖像增強(qiáng)與特征提取，采用深度學(xué)習(xí)算法并進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，在FPGA上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的地物分類(lèi)與變化檢測(cè)。在農(nóng)作物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，系統(tǒng)可快速識(shí)別農(nóng)田病蟲(chóng)害區(qū)域，準(zhǔn)確率達(dá)92%，為農(nóng)業(yè)部門(mén)提供及時(shí)的決策依據(jù)。此外，系統(tǒng)支持多光譜、高光譜等多種遙感數(shù)據(jù)格式處理，通過(guò)FPGA的可重構(gòu)特性，可快速切換處理算法，滿(mǎn)足不同遙感應(yīng)用場(chǎng)景需求，助力遙感數(shù)據(jù)價(jià)值的深度挖掘。 山東安路FPGA資料下載FPGA 測(cè)試需驗(yàn)證功能與時(shí)序雙重指標(biāo)。
FPGA 的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新緊密相連。近年來(lái)，隨著工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，F(xiàn)PGA 的集成度越來(lái)越高，邏輯密度不斷增加，能夠在更小的芯片面積上實(shí)現(xiàn)更多的邏輯功能。這使得 FPGA 在處理復(fù)雜任務(wù)時(shí)具備更強(qiáng)的能力。同時(shí)，新的架構(gòu)設(shè)計(jì)不斷涌現(xiàn)，一些 FPGA 引入了嵌入式處理器、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）塊等模塊，進(jìn)一步提升了其在特定領(lǐng)域的處理性能。在信號(hào)處理領(lǐng)域，結(jié)合了 DSP 塊的 FPGA 能夠更高效地完成濾波、調(diào)制解調(diào)等復(fù)雜信號(hào)處理任務(wù)。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA 也在不斷演進(jìn)，以更好地適應(yīng)這些新興領(lǐng)域的需求，如優(yōu)化硬件架構(gòu)以加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算等 。
FPGA 在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進(jìn)程中扮演著日益重要的角色。當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心面臨著數(shù)據(jù)量飛速增長(zhǎng)以及對(duì)計(jì)算能力和能效要求不斷提升的雙重挑戰(zhàn)。FPGA 的并行計(jì)算能力使其成為數(shù)據(jù)中心提升計(jì)算效率的得力助手。例如在 AI 推理加速方面，F(xiàn)PGA 能夠快速處理深度學(xué)習(xí)模型的推理任務(wù)。以微軟在其數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用為例，通過(guò)使用 FPGA 加速 Bing 搜索引擎的 AI 推理，提高了搜索結(jié)果的生成速度，為用戶(hù)帶來(lái)更快捷的搜索體驗(yàn)。在存儲(chǔ)加速領(lǐng)域，F(xiàn)PGA 可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮，提升存儲(chǔ)系統(tǒng)的讀寫(xiě)性能，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸所需的帶寬，降低運(yùn)營(yíng)成本，助力數(shù)據(jù)中心高效、節(jié)能地運(yùn)行 。FPGA 可快速原型驗(yàn)證新的數(shù)字電路設(shè)計(jì)。
FPGA在生物醫(yī)療基因測(cè)序數(shù)據(jù)處理中的深度應(yīng)用基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)分析需求。我們基于FPGA開(kāi)發(fā)了基因測(cè)序數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，F(xiàn)PGA通過(guò)并行計(jì)算架構(gòu)對(duì)原始測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾與堿基識(shí)別，處理速度達(dá)到每秒10Gb，較CPU方案提升12倍。針對(duì)序列比對(duì)這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用改進(jìn)的Smith-Waterman算法并進(jìn)行硬件加速，在處理人類(lèi)全基因組數(shù)據(jù)時(shí)，比對(duì)時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至30分鐘。此外，系統(tǒng)支持多種測(cè)序平臺(tái)數(shù)據(jù)格式的快速解析與轉(zhuǎn)換，在基因檢測(cè)項(xiàng)目中，成功幫助醫(yī)生在24小時(shí)內(nèi)完成基因突變分析，為個(gè)性化治療方案的制定贏(yíng)得寶貴時(shí)間，提升了基因測(cè)序的臨床應(yīng)用效率。 FPGA 設(shè)計(jì)文檔需記錄時(shí)序約束與資源分配。廣東國(guó)產(chǎn)FPGA特點(diǎn)與應(yīng)用
動(dòng)態(tài)重構(gòu)讓 FPGA 實(shí)時(shí)更新硬件邏輯。江蘇ZYNQFPGA資料下載
FPGA 的發(fā)展歷程 - 發(fā)明階段：FPGA 的發(fā)展可追溯到 20 世紀(jì) 80 年代初，在 1984 - 1992 年的發(fā)明階段，1985 年賽靈思公司（Xilinx）推出 FPGA 器件 XC2064，這款器件具有開(kāi)創(chuàng)性意義，卻面臨諸多難題。它包含 64 個(gè)邏輯模塊，每個(gè)模塊由兩個(gè) 3 輸入查找表和一個(gè)寄存器組成，容量較小。但其晶片尺寸非常大，甚至超過(guò)當(dāng)時(shí)的微處理器，并且采用的工藝技術(shù)制造難度大。該器件有 64 個(gè)觸發(fā)器，成本卻高達(dá)數(shù)百美元。由于產(chǎn)量對(duì)大晶片呈超線(xiàn)性關(guān)系，晶片尺寸增加 5% 成本便會(huì)翻倍，這使得初期賽靈思面臨無(wú)產(chǎn)品可賣(mài)的困境，但它的出現(xiàn)開(kāi)啟了 FPGA 發(fā)展的大門(mén)。江蘇ZYNQFPGA資料下載
