FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(专用集成电路)都是用于实现特定功能的芯片。它们的主要区别在于:
1. 可编程性:FPGA是可编程的,可以在设计完成后进行重新编程,而ASIC是固定的,无法进行修改。
2. 成本:FPGA的成本比ASIC高,因为FPGA需要更多的资源来实现可编程性。
3. 性能:ASIC的性能比FPGA高,因为ASIC是专门为特定应用程序设计的。
4. 开发时间:FPGA的开发时间比ASIC短,因为FPGA可以通过编程实现快速原型设计和验证。
综上所述,FPGA和ASIC都有各自的优势和劣势,需要根据具体应用场景进行选择。FPGA适合于需要快速原型设计和验证的应用,而ASIC则适合于需要高性能和低成本的应用。
通俗地来讲,两者虽然都属于专用芯片,但最大的区别在于:FPGA可编程,而ASIC不可编程。
举个例子,如果把ASIC比作专攻100米的短跑运动员的话,那么同样是田径运动员的FPGA在经过“调教”以后除了100米以外还能跑200米、400米甚至是800米。而CPU这种通用芯片是全能运动员,既可以跑步、跨栏、也能举重、游泳和打篮球。
相比于FPGA而言,ASIC的程序一旦固话下来效率会更高,例如基于谷歌Tensor Flow深度学习框架的AI芯片TPU、百度的AI芯片“昆仑”以及比特币的挖矿机都采用了ASIC架构来提高运算速度。以百度的昆仑芯片为例,它的AI加速性能要比一般的FPGA快30倍。
而FPGA由于可以反复编程修改其运行的逻辑,它的灵活度较高,适合军工、无人驾驶等比较复杂的应用环境。虽然它在性能比不上ASIC,但还是要比CPU要快上不少。
FGPA和ASIC两者各有各的用处,无法互相替代。
FPGA(Field Programmable Gate Array),即现场可编程逻辑阵列,是一种高性能、低功耗的可编程芯片,它是一堆逻辑门电路的组合,能够被重复编程,因此可以根据用户的定制来制作针对性的算法设计。
FPGA不依赖于任何的指令和软件,是软硬件一体的器件。使用硬件描述语言如VHDL、Verilog来对FPGA进行编程,将描述的逻辑直接编译成晶体管电路的组合。也就是FPGA直接用晶体管,来实现对定制算法的固定运算,并不依赖于指令翻译。所以在处理海量数据时,相比于CPU和GPU在计算时需要进行取指令和指令译码的过程,FPGA效率更高。
ASIC(Application Specific Integrated Circuits),即专用集成电路。同FPGA类似,ASIC也是针对特定的需求专门定制的芯片,但是ASIC则更进一步,ASIC一但出厂就不可以被再编程。
在网上看到的一个形象的说明就是,FPGA就像是积木,可以供人根据需求自由组合。而ASIC则是像是出厂就定制好的模型,无法更改。因此FPGA的开发周期较ASIC更短,ASIC需要更多时间进行特别设计以满足需求。但是ASIC在芯片的效率和稳定性上更占优,并且一旦量产,ASIC的成本会远远低于FPGA。
由于FPGA和ASIC的不同性能,因此他们的目标市场也不同。FPGA主要针对企业级的服务;而ASIC则是面向消费级的。
在机器学习领域、特别是深度学习,依赖于进行重复的大量的计算,就需要定制特殊芯片来加速运算。许多企业如阿里巴巴、微软等纷纷建立了专门的FPGA研发团队,来对其服务器进行计算加速。谷歌之前推出的TPU(Tensor Processing Uni,张量处理器)就是基于ASIC,针对于其深度学习框架TensorFlow而开发的。国内的新晋芯片设计厂商寒武纪也有基于ASIC的NPU(Neural-network Process Unit)。
图为ASIC厂商寒武纪的NPU Cambricon-1A芯片
在加密数字货币挖矿领域,因为不同币种挖矿的算法不一样,例如比特币是SHA-256算法,莱特币是Scrypt算法,而不同的算法对硬件的要求自然也会不同。许多厂商推出了基于FPGA和ASIC的定制矿机,能够极大的提高矿机的运算能力。
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