深入浅出计算机组成原理
徐文浩
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深入浅出计算机组成原理
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32 | FPGA和ASIC:计算机体系结构的黄金时代

摩托罗拉的68000
Intel的8086
总体拥有成本
录音笔里的音频
手机里的摄像头
单独设计生产一块芯片
需要以“年”来计
为深度学习开发TPU
开发35美元的单片机
Commodore 64
Macintosh
CPU
最激动人心的是硬件
成本
FPGA的硬件上的“浪费”
ASIC的能耗
ASIC的生产制造成本
过去几年发展得特别快
专门用途的场景
通过可编程逻辑布线连接CLB
直接放上D触发器
存储换功能实现组合逻辑
F代表现场
A代表Array
G代表Gate
P代表Programmable
验证一个方案
设计一个CPU
Google
树莓派基金会
计算机主频提升困难
70-80年代
整体拥有成本
生产制造成本和能耗低
针对特定的使用场景设计
用于芯片的设计和验证工作
可编程的逻辑门
整体拥有成本
NRE成本
决策因素
ASIC vs FPGA
ASIC的发展
专门用途的芯片
编程连接线路
可编程门阵列
验证硬件设计
连接晶体管
硬件发展
计算机硬件进入新的快速发展时期
计算机工业
关注到的新的、有意思的硬件
David Patterson老爷爷的讲话
FPGA和ASIC之间的取舍
ASIC
FPGA
专用芯片的取舍
ASIC的研发成本
专用集成电路
FPGA解决方案
硬件设计
现在
过去
课后思考
推荐阅读
总结延伸
ASIC
FPGA
硬件发展

该思维导图由 AI 生成,仅供参考

过去很长一段时间里,大家在讲到高科技、互联网、信息技术的时候,谈的其实都是“软件”。从 1995 年微软发布 Windows 95 开始,高科技似乎就等同于软件业和互联网。著名的风险投资基金 Andreessen Horowitz 的合伙人 Marc Andreessen,在 2011 年发表了一篇博客,声称“Software is Eating the World”。Marc Andreessen,不仅是投资人,更是 Netscape 的创始人之一。他当时的搭档就是我们在前两讲提过的 SGI 创始人 Jim Clark。
的确,过去 20 年计算机工业界的中心都在软件上。似乎硬件对大家来说,慢慢变成了一个黑盒子。虽然必要,但却显得有点无关紧要。
不过,在上世纪 70~80 年代,计算机的世界可不是这样的。那个时候,计算机工业届最激动人心的,是层出不穷的硬件。无论是 Intel 的 8086,还是摩托罗拉的 68000,这样用于个人电脑的 CPU,还是直到今天大家还会提起的 Macintosh,还有史上最畅销的计算机 Commodore 64,都是在那个时代被创造出来的。
电视剧 Halt and Catch Fire,灵感应该就是来自第一台笔记本电脑 Compaq Portable 的诞生
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  • 解释
  • 总结

近年来,计算机硬件领域迎来了新的发展时期,本文介绍了FPGA和ASIC这两个备受关注的硬件发展趋势。FPGA(现场可编程门阵列)是一种可通过编程控制的硬件,为硬件设计带来了新的可能性,使得硬件设计可以像软件一样进行编程,并且可以反复烧录,实现不同的芯片功能。相比之下,ASIC(专用集成电路)则是针对特定使用场景设计的芯片,如摄像头、音频、挖矿或深度学习。尽管ASIC的研发成本高昂,但其生产制造成本和能耗较低,适用于大量需求的专用芯片。在FPGA和ASIC之间进行取舍时,需要考虑整体拥有成本,以确定哪一个更为经济合算。本文还提到了硬件设计的决策因素,包括成本、研发成本、总体拥有成本等,以及对于专用芯片和软件开发中的类似决策。文章还展望了下一讲将介绍的Google开发的TPU,这是近两年最知名的ASIC芯片之一。整体而言,本文深入浅出地介绍了FPGA和ASIC的特点、优劣势以及在硬件设计中的应用,为读者提供了对硬件发展趋势的深入了解。

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全部留言(22)

  • 最新
  • 精选
  • 许先森
    干嘛不叫“可重复编程门阵列”哈哈

    作者回复: 许先森同学, 好问题,你可以考一下古,看看FPGA是怎么来的。

    2020-01-15
    3
    1
  • LDxy
    学习FPGA给我印象最深的是,编写FPGA代码需要完全不同于任何一种软件编程语言的思路,因为所有的可执行语句在FPGA中都是并行执行的。编写FPGA代码时若不彻底抛弃以往的软件编写思维方式,你可能连一个最简单的功能都写不出
    2019-07-08
    1
    29
  • 张三
    学到后边,人越来越少了,看来已经成功一半了,哈哈哈
    2019-11-30
    4
    23
  • 阿木林
    老师,在设计和实验阶段用FPGA,等方案敲定了,再制作ASIC大规模生产,是不是最优的选择?
    2019-10-30
    3
    14
  • seker
    可以配合infoq的这篇 “FPGA 的历史、现状和未来” 一起阅读:https://www.infoq.cn/article/wmijrofwZCEHRk0OySjP
    2020-07-31
    9
  • ezra.xu
    老师,有空给我们讲讲哈佛体系结构吧……
    2019-07-08
    3
    6
  • sun
    cpu是不是也可以说是一种ASIC,相比于其他ASIC多了控制的功能,又显得更通用,但是和FPGA的通用不一样。
    2020-04-06
    1
    2
  • Jason
    RISC-V
    2019-11-23
    2
  • 活的潇洒
    “这个可编程逻辑布线,你可以把它当成我们的铁路网。整个铁路系统已经铺好了, 但是整个铁路网里面,设计了很多个道岔。我们可以通过控制道岔,来确定不同的列车线路。在可编程逻辑布线里面,“编程”在做的,就是拨动像道岔一样的各个电路开关,最终实现不同CLB之间的连接,完成我们想要的芯片功能。” 我的第一专业就是铁道信号,老师的这个比喻恨到位 day32 天笔记:https://www.cnblogs.com/luoahong/p/11424314.html
    2019-09-02
    2
  • tk103331
    看过奔腾年代,里面的人是真的牛
    2021-10-26
    1
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