在人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，盡管近年來(lái)英偉達(dá)等公司的芯片在某些方面表現(xiàn)出色，但FPGA依然有著獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。在模型推理階段，F(xiàn)PGA的并行計(jì)算能力能夠快速處理輸入數(shù)據(jù)，完成深度學(xué)習(xí)模型的推理任務(wù)。例如百度在其AI平臺(tái)中使用FPGA來(lái)加速圖像識(shí)別和自然語(yǔ)言處理任務(wù)，通過(guò)對(duì)FPGA的優(yōu)化配置，能夠在較低的延遲下實(shí)現(xiàn)高效的推理運(yùn)算，為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)的AI服務(wù)。在訓(xùn)練加速方面，雖然FPGA不像專(zhuān)門(mén)的訓(xùn)練芯片那樣強(qiáng)大，但對(duì)于一些特定的小規(guī)模數(shù)據(jù)集或?qū)τ?xùn)練成本較為敏感的場(chǎng)景，F(xiàn)PGA可以通過(guò)優(yōu)化矩陣運(yùn)算等操作，提升訓(xùn)練效率，降低訓(xùn)練成本，作為一種補(bǔ)充性的計(jì)算資源發(fā)揮作用。FPGA 邏輯單元布局影響信號(hào)傳輸延遲。江西專(zhuān)注FPGA板卡設(shè)計(jì)
在智能駕駛領(lǐng)域，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性有著極高要求，F(xiàn)PGA在此發(fā)揮著不可或缺的作用。以激光雷達(dá)信號(hào)處理為例，激光雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA能夠利用其并行處理能力，快速對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提取出目標(biāo)物體的距離、速度等關(guān)鍵信息。在多傳感器融合方面，F(xiàn)PGA可將來(lái)自攝像頭、毫米波雷達(dá)等多種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效融合，綜合分析車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境信息，為自動(dòng)駕駛決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。例如在電子后視鏡系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA能夠?qū)崟r(shí)處理攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)，優(yōu)化圖像顯示效果，為駕駛員提供清晰、可靠的后方視野，為智能駕駛的安全性和可靠性保駕護(hù)航。遼寧核心板FPGA板卡設(shè)計(jì)FPGA 的靜態(tài)功耗隨制程升級(jí)逐步降低。
FPGA的基本結(jié)構(gòu)-輸入輸出塊（IOB）：輸入輸出塊（IOB）在FPGA中扮演著“橋梁”的角色，負(fù)責(zé)連接FPGA芯片和外部電路。它承擔(dān)著FPGA數(shù)據(jù)信號(hào)收錄和傳輸?shù)年P(guān)鍵作業(yè)要求，支持多種電氣標(biāo)準(zhǔn)，如LVDS、PCIe等。通過(guò)IOB，F(xiàn)PGA能夠與外部的各種設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器、其他集成電路等進(jìn)行順暢的通信。無(wú)論是將外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)輸入到FPGA內(nèi)部進(jìn)行處理，還是將FPGA處理后的結(jié)果輸出到外部設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)操作，IOB都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，確保了FPGA與外部世界的數(shù)據(jù)交互準(zhǔn)確無(wú)誤。
FPGA的定義與本質(zhì)：FPGA，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（Field-ProgrammableGateArray），從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它是一種半導(dǎo)體設(shè)備。其內(nèi)部由可配置的邏輯塊和互連構(gòu)成，這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其擁有了強(qiáng)大的可編程能力，能夠?qū)崿F(xiàn)各種各樣的數(shù)字電路。與集成電路（ASIC）不同，ASIC是專(zhuān)門(mén)為特定任務(wù)定制的，雖然能提供優(yōu)化的性能，但一旦制造完成，功能便難以更改。而FPGA則像是一個(gè)“積木”，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需求，通過(guò)編程對(duì)其功能進(jìn)行靈活定義，在保持高性能的同時(shí)，適應(yīng)各種不同的任務(wù)，這種靈活性和適應(yīng)性是FPGA的優(yōu)勢(shì)，也讓它在數(shù)字電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。工業(yè)機(jī)器人用 FPGA 實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)同控制。
FPGA在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中的功能實(shí)現(xiàn)：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為連接工業(yè)設(shè)備與云端平臺(tái)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需要具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和協(xié)議轉(zhuǎn)換能力，F(xiàn)PGA在其中的功能實(shí)現(xiàn)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了支撐。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在多種類(lèi)型的設(shè)備，如傳感器、控制器、執(zhí)行器等，這些設(shè)備采用的通信協(xié)議各不相同，如Modbus、Profinet、EtherCAT等。FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)多種協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換功能，將不同設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式傳輸?shù)皆贫似脚_(tái)，確保數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。例如，當(dāng)網(wǎng)關(guān)接收到采用Modbus協(xié)議的傳感器數(shù)據(jù)和采用Profinet協(xié)議的控制器數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)PGA可以同時(shí)對(duì)這兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取有效信息后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)，再發(fā)送到云端。在數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，F(xiàn)PGA可以對(duì)采集到的工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、降噪、格式轉(zhuǎn)換等處理，去除無(wú)效數(shù)據(jù)和干擾信號(hào)，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。同時(shí)，F(xiàn)PGA的高實(shí)時(shí)性確保了數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸和處理，滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制的需求。此外，F(xiàn)PGA的抗干擾能力能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境，保障網(wǎng)關(guān)在粉塵、振動(dòng)、高溫等惡劣條件下穩(wěn)定工作，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高效運(yùn)行提供可靠保障。Verilog 代碼可描述 FPGA 的邏輯功能設(shè)計(jì)。江蘇工控板FPGA設(shè)計(jì)
圖像降噪算法可在 FPGA 中硬件加速實(shí)現(xiàn)。江西專(zhuān)注FPGA板卡設(shè)計(jì)
FPGA在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中，F(xiàn)PGA憑借靈活的邏輯配置與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，成為設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集的重要支撐。某汽車(chē)零部件裝配生產(chǎn)線(xiàn)引入FPGA后，實(shí)現(xiàn)了16路傳感器數(shù)據(jù)的同步采集，每路數(shù)據(jù)采樣間隔穩(wěn)定在，同時(shí)對(duì)8臺(tái)伺服電機(jī)進(jìn)行精細(xì)控制，電機(jī)指令響應(yīng)延遲控制在45μs內(nèi)。硬件設(shè)計(jì)上，F(xiàn)PGA與生產(chǎn)線(xiàn)的PLC通過(guò)EtherCAT總線(xiàn)連接，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)100Mbps，確?？刂浦噶钆c采集數(shù)據(jù)的高效交互；軟件層面采用VerilogHDL編寫(xiě)濾波算法，有效降低傳感器數(shù)據(jù)噪聲，數(shù)據(jù)誤差控制在±以?xún)?nèi)。此外，F(xiàn)PGA支持在線(xiàn)邏輯更新，當(dāng)生產(chǎn)線(xiàn)切換產(chǎn)品型號(hào)時(shí)，無(wú)需更換硬件，通過(guò)重新配置FPGA程序即可適配新的生產(chǎn)參數(shù)，切換時(shí)間縮短至3分鐘內(nèi)。這種特性大幅提升了生產(chǎn)線(xiàn)的柔性，使生產(chǎn)線(xiàn)適配產(chǎn)品種類(lèi)增加30%，設(shè)備停機(jī)時(shí)間減少25%。
江西專(zhuān)注FPGA板卡設(shè)計(jì)
