FPGA與CPU的關(guān)系

#FormatImgID_0#說起CPU，我覺得大家都已經(jīng)很熟悉了。是“中央處理器”的英文縮寫，它是用來“運(yùn)算”的。大部分我們所熟悉的電子設(shè)備，像手機(jī)、電腦，它們所實(shí)現(xiàn)的各種功能，都是通過CPU的“運(yùn)算”來實(shí)現(xiàn)的。它幾乎是所有電子數(shù)碼設(shè)備的大腦。

計(jì)算機(jī)之所以被計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗拇竽X，CPU，就是用來計(jì)算的。

FPGA是什么?它跟CPU一樣，也是用來計(jì)算的。但是，它的計(jì)算方式，跟CPU很不一樣。

計(jì)算機(jī)是用來計(jì)算的

首先我們都知道，CPU它是通過“計(jì)算”能力，為計(jì)算機(jī)提供各種的功能。

程序員，把程序代碼噼里啪啦地輸入到了計(jì)算機(jī)里面，啪一聲按下確認(rèn)鍵，CPU把程序代碼進(jìn)行計(jì)算，達(dá)成各種各樣的目的。

運(yùn)算的結(jié)果是什么呢?程序輸入CPU，運(yùn)算成了操作系統(tǒng)，運(yùn)算成了軟件、app、網(wǎng)頁(yè)等等。所有的這一切，都是經(jīng)過CPU“計(jì)算”產(chǎn)生的。

嗯，CPU，他很像我們?nèi)祟惖拇竽X。

串行計(jì)算

我們?nèi)祟惖拇竽X有什么樣的特點(diǎn)?它就像人類的大腦那樣，他只能同時(shí)做一件事情。CPU是串行的，一樣也是只能同時(shí)進(jìn)行一次計(jì)算。

我們比方說，現(xiàn)在要進(jìn)行兩場(chǎng)考試，一場(chǎng)是英語(yǔ)，一場(chǎng)是數(shù)學(xué)，我們會(huì)把這兩場(chǎng)考試給分開進(jìn)行，絕對(duì)不會(huì)說，讓你左手做英語(yǔ)試卷，右手做數(shù)學(xué)數(shù)卷，那是不可能的，人的腦袋，同時(shí)只能專注一件事情。

后來，CPU發(fā)展出了多核，你在那些電腦還有手機(jī)，老是標(biāo)榜著自己是雙核四核八核，甚至十六核。

但是很多時(shí)候，核多是沒有意義的。因?yàn)槌绦騿T在編寫程序的時(shí)候，程序本身，是針對(duì)單核設(shè)計(jì)。最常見的例子莫過于我們的一些手機(jī)游戲，游戲邏輯和圖形渲染，是跑在一個(gè)核里的。所以說，是否夠快，很多時(shí)候還得取決于單核性能。

并行計(jì)算

FPGA是什么呢?

我們都聽過三個(gè)臭皮匠，勝過知一個(gè)諸葛亮的諺語(yǔ)。他的寓意就是說，三個(gè)很普通的人，合起來的智慧也是可以超過諸葛亮的。

FPGA就像是一群臭皮匠，CPU就像是一個(gè)諸葛亮。

就像我們前面所說的，我們?nèi)四X就像CPU，不能同時(shí)做多份作業(yè)。只能專注于一件事情。而這群“臭皮匠”則不同，F(xiàn)PGA十分擅長(zhǎng)同時(shí)做多件事情，我們叫作“并行計(jì)算”，也常被稱為“異步計(jì)算”。

而技術(shù)上來說，F(xiàn)PGA也由非常多的核組成的。但跟CPU不同的是，工程師們可以根據(jù)他們的需要，把這么一群“臭皮匠”，重新進(jìn)行自定義的排列組合，來滿足他們想要的計(jì)算。FPGA號(hào)稱“萬(wàn)能芯片”。

FPGA并不是要替代CPU。這就像大部分的工作重要事務(wù)，都掌權(quán)在諸葛亮手上，那可是重要人物，可不能隨意說換就換;臭皮匠們則可以憑借他們?nèi)硕嗟膬?yōu)勢(shì)，處理很多的一些重復(fù)的單純的事情。

FPGA的這個(gè)特點(diǎn)，非常適合我們今年大熱的人工智能。人工智能里面就有非常大量的一些重復(fù)性、需要并行計(jì)算的工作，像圖像識(shí)別、圖像處理、深度學(xué)習(xí)等等。

哪些領(lǐng)域正在應(yīng)用FPGA?

微軟在數(shù)據(jù)中心使用FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)CPU的做法;騰訊云則直接提供了FPGA云服務(wù)器，降低開發(fā)者自購(gòu)設(shè)備的高昂成本;iPhone 7里有使用Lattice這家上市公司的FPGA芯片;大疆無人機(jī)中也采用了FPGA芯片......

可以看到的，不論上企業(yè)端(微軟、云計(jì)算)，還是消費(fèi)端(iPhone 7、大疆無人機(jī))，都能看到FPGA芯片的身影，在未來，它還有很大的發(fā)展空間。