FPGA ราคาถูกที่สุด? [ปิด]

FPGAs ราคาถูกแค่ไหน ฉันรู้ว่าพวกเขามีราคาแพงกว่าไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีความสามารถในการเทียบเคียง แต่ฉันสงสัยว่ามี FPGAs ที่สามารถมีแกนประมวลผลแบบไมโครซอฟท์ที่ใช้ Linux ในขณะที่ปล่อยประตูให้พร้อมสำหรับการใช้งานฟังก์ชัน DSP , พูด, Cortex A8 ($ 20-30 ในจำนวน. ~ 100)

(ขออภัยหากคำศัพท์ของฉันไม่เป็นไปในทางที่ผิดเช่นโปรดแสดงความคิดเห็นพร้อมการแก้ไขหรือแก้ไขโดยตรง)

ฉันเพิ่งเข้าร่วมการประชุมออนไลน์บน FPGA โดยมีประเด็นสำคัญคือ "โปรเซสเซอร์ต่อไปของคุณควรเป็น FPGA"

FPGA นั้นเหมาะสมในแอพพลิเคชั่นใด ๆ ที่ต้องการกระแสงานที่มีความสามารถในการขนานอย่างสูงตัวอย่างที่ใช้คือการวิเคราะห์ภาพ Full HD เพื่อค้นหาคนเดินถนนเช่น

สิ่งที่คุณต้องจำไว้คือคุณต้องเริ่มต้น FPGA ของคุณทุกครั้งที่เพิ่มพลังฉันคิดว่า Xilinx ของ FPGA มาพร้อมกับ (ซึ่งมีแกน ARM อยู่บนชิป) เป็นตัวเลือกที่ดี แต่อาจมีราคาแพง การมองดู Actel ด้วยแฟลชบนชิปอาจมีประโยชน์เช่นกัน

สำหรับผลการดำเนินงานนั้น บริษัท BDTI ทำมาตรฐานในการคำนวณแบบขนานสูงโดยที่พวกเขาเห็นการเพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพประมาณ 40x เป็น FPGA สิ่งที่น่าสนใจคือพวกเขาเปรียบเทียบชิปด้วยต้นทุนที่คล้ายกัน (23 $ เทียบกับ 28 $ ฉันเชื่อ)

นี่คือลิงค์ที่คุณอาจจะสนใจ:

คู่มือท่องเที่ยวสำหรับการเลือกโปรเซสเซอร์

FPGA Conference Archives (ลงทะเบียนฟรี แต่ใช้ได้เพียงประมาณ 6 เดือนหลังจากคำตอบนี้)

คุณไม่สามารถเปรียบเทียบประสิทธิภาพของระบบที่ใช้ FPGA ได้โดยอิงตาม MIPS หรือ Mhz stats วิธีที่ FPGA ใช้ในการประมวลผลงานบางอย่างนั้นแตกต่างจากไมโครคอนโทรลเลอร์ การออกแบบเฟิร์มแวร์สำหรับ FPGA นั้นเป็นสิ่งที่คุณต้องทำโดยใช้ VHDL เช่นซึ่งคล้ายกับการประกอบ ระดับการถ่ายโอนการลงทะเบียน (RTL) ของสิ่งที่เป็นนามธรรม มีการสร้างสภาพแวดล้อมบางอย่างเพื่อให้มีความเป็นนามธรรมมากขึ้น แต่สิ่งเหล่านี้ยังคงเป็นเรื่องเฉพาะของผู้ขาย Wikipedia มีภาพรวมที่ดีของภาษาที่มีให้โปรแกรมรหัส FPGA:

Wikipedia: การเขียนโปรแกรม FPGA

Wikipedia: การออกแบบวงจรดิจิตอล

หากคุณมีเงินพอจะเผาคุณสามารถใช้ระบบ LabView เพื่อสร้างระบบการวัดตามเวลาจริงของ FPGA อุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นสำหรับสิ่งนี้มีราคาแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง (1,500 ดอลลาร์ขึ้นไป) แต่เปิดการออกแบบ FPGA ให้กับผู้ชมที่กว้างขึ้นด้วยการเขียนโปรแกรมกราฟิก

ผู้ค้าจำนวนมากขึ้นกำลังจัดหาแผงวงจรที่รวมไมโครคอนโทรลเลอร์เช่นชิป ARM กับ FPGA เพื่อให้คุณสมบัติเพิ่มเติมเฉพาะและพลังการประมวลผลแบบขนาน ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ดังกล่าวสามารถพบได้ที่นี่: EmbeddedARM: FPGA series

FPGAs ราคาถูกแค่ไหน ตามนวร์ก FPGAs ที่ถูกที่สุดอยู่ที่ประมาณ $ 10 (Altera Cyclone ต่ำสุดต่ำสุดและ Xilinx Spartan ต่ำสุด) พวกเขาอาจมีความจุเพียงพอที่จะเรียกใช้ CPU 8 บิตอย่างง่าย

อย่างที่คุณคาดหวังแม้กระทั่งง่ายๆ (เช่นไม่มี MMU) CPU แบบ 32 บิตต้องการทรัพยากร FPGA ของ CPU 8 บิตประมาณ 4 เท่า FPGAs ที่แทบจะไม่มีทรัพยากรเพียงพอที่จะใช้งาน CPU แบบ 32 บิตอย่างง่ายราคาประมาณ $ 14 ความเข้าใจของฉันคือ uCLinux ถูกส่งไปยัง FPGA soft CPU บางตัว (เช่น NIOS II / e) - คุณอาจพบว่า uClinux เพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์ของคุณ

Linux แบบเต็มเปี่ยมต้องใช้ CPU ที่มี MMU (เช่น NIOS II / f) CPU แบบ 32 บิตที่มี MMU ต้องการทรัพยากร FPGA ประมาณ 4 เท่าของ CPU แบบ 32 บิตที่ไม่มี MMU - เหตุผลนี้ไม่ชัดเจน

เท่าที่ฉันสามารถบอกได้จากหน้า Xilinx Microblazeซีพียู Microblaze จะทำงานบน Xilinx FPGAs เท่านั้น

Linux ได้รับการพอร์ตไปยังซีพียูอื่น ๆ หลายตัวแล้ว หากคุณต้องการที่จะทำงานบนลินุกซ์ FPGAs บาง บริษัท อื่น ๆ ที่คุณอาจต้องการที่จะดูที่พอร์ตลินุกซ์ระบุไว้ในส่วน "ซอฟท์คอร์ซีพียูสำหรับ FPGA"

ซีพียูที่อ่อนนุ่มเหล่านี้หลายตัวรวมถึง MMU จะพอดีกับ Xilinx Spartan XC3S400A ($ 17 จาก Avnet)

ฉันได้ยินมาว่าซีพียูนิ่ม 32 บิตบางตัวรวมถึง MMU นั้นค่อนข้างง่ายที่จะตั้งค่าเป็น "ดูอัลคอร์" บนชิป FPGA ราคา $ 20 ผู้ที่ติดตาม "Jan's Razor" อาจพยายามบีบอัดซีพียูจำนวนหนึ่งโหลหรือมากกว่านั้น 8 บิตบนชิปตัวเดียวกันแทน

โดยทั่วไปแล้ว FPGA จะมีราคาสูงกว่าอุปกรณ์ตัวเดียวกันที่ใช้ในซิลิคอนเนื่องจากมีค่าใช้จ่ายจำนวนมากเนื่องจากการกำหนดค่าใหม่ได้ ดังนั้นไม่คุณจะไม่พบ FPGA ในราคา $ 20-30 ซึ่งมีพลังเช่นเดียวกับ ARM CPU ที่มีราคา $ 20-30 ตอนนี้คุณอาจพบ FPGA ในราคา $ 20-30 ที่สามารถทำงานเฉพาะได้เร็วกว่า ARM $ 20-30 แต่มันจะไม่สามารถเอาชนะมันได้ในงานคอมพิวเตอร์ทั่วไป

นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นเรื่องปกติที่จะเห็นผู้คนติดไมโครคอนโทรลเลอร์และ FPGA บนกระดานเดียวกัน ARM และ PPC เป็นสองสิ่งที่ใช้กันโดยทั่วไปกับ FPGA

เมื่อซื้อ FPGA อย่าลืมคำนึงถึงต้นทุนของหน่วยความจำแฟลชที่เก็บโปรแกรม FPGA นั่นง่ายที่จะลืม

ในฐานะนักออกแบบ PCB FPGA นั้นสามารถวางโครงสร้างได้ง่ายกว่าล้านเท่าเพราะคุณสามารถจัดเรียงพินใหม่ได้ตามที่คุณต้องการแม้หลังจากที่บอร์ดถูกสร้างขึ้นมา มีการประหยัดต้นทุนที่เป็นไปได้ที่เกี่ยวข้องกับเลเยอร์น้อยลงที่จำเป็นในการกำหนดเส้นทาง FPGA

สำหรับคนอื่น ๆ ที่ poo-poo FPGA เทียบกับประสิทธิภาพของ CPU ฉันเห็นด้วยในระดับหนึ่ง ตัวประมวลผลจริงจะเร็วกว่าในการทำสิ่งต่าง ๆ กับตัวประมวลผลจริงกว่า FPGA ที่ตั้งโปรแกรมให้ทำหน้าที่เหมือนกับตัวประมวลผล

แม้ว่ามันจะไม่ยุติธรรมกับ FPGA เลย ซีพียูคือ "จำกัด เวลา"; ถ้าคุณต้องการทำงานเพิ่มคุณต้องใช้เวลามากขึ้นหรือใช้ตัวประมวลผลที่เร็วขึ้น FPGA มักจะเป็น "พื้นที่ จำกัด "; ถ้าคุณต้องการทำงานเพิ่มคุณต้องมี FPGA ที่ใหญ่กว่า

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณสร้างตัววิเคราะห์สเปกตรัมที่จัดการสัญญาณเสียงโมโน สมมติว่ามันใช้เวลา 70% ของเวลา CPU และคุณก็เร็วพอที่ CPU จะไปได้ คุณไม่สามารถเพิ่มการรองรับสเตอริโอได้เพราะ CPU นั้นเร็วพอที่จะทำช่องที่สองก่อนที่จะต้องจัดการช่องแรกอีกครั้ง แต่ถ้าคุณใช้ 70% ของ FPGA คุณสามารถซื้อ FPGA ที่ใหญ่กว่าแล้วปล่อยช่องที่สองลงไปโดยไม่จำเป็นต้องไปเร็วขึ้น

ตอนนี้ถ้าคุณรังเพลิงปัญหาในโดเมนออกแบบดิจิตอล จำกัด โดยใช้เครื่องของรัฐและ Datapaths แทน CPU ผมจะวางเดิมพันดอลลาร์เพื่อเปโซว่า FPGA จะบดขยี้ CPU, ค่าใช้จ่ายของการเพิ่มความซับซ้อนในการออกแบบ

Xilinx เพิ่งทำข้อตกลงกับ ARM ซึ่งจะช่วยให้พวกเขาใส่แกน ARM ลงใน FPGA น่าเสียดายที่อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์ Virtex ระดับสูงสุดเท่านั้น

การกำหนดราคา FPGA นั้นแปลก - เมื่อคุณพูดคุยกับแฟรนไชส์แบบแฟรนไชส์คุณจะพบว่าราคาที่เสนอใน Digikey, Mouser และอื่น ๆ อาจสูงกว่าที่พวกเขาจะได้รับ ที่ถูกที่สุดที่ฉันทราบคือ Lattice EC1 ใน QFP100 สำหรับน้อยภายใต้ GBP3 ในถาดจำนวน เพิ่ม GBP0.40 หรือมากกว่านั้นสำหรับหน่วยความจำแฟลช SPI

การวางซีพียูในผ้า FPGA โดยทั่วไปนั้นไม่คุ้มค่าในแง่ของต้นทุนซิลิกอน แต่ปัจจัยอื่น ๆ เช่นการมีเพศสัมพันธ์อย่างแน่นหนาระหว่าง CPU และ FPGA และจำนวนแพ็คเกจที่ลดลงอาจเปลี่ยนการแลกเปลี่ยนที่เหมาะสมเมื่อเทียบกับการใช้ซีพียูแบบแยก

การคาดเดาที่ดีที่สุดของฉันคือ Xilinx XC3S400A ซึ่งมีราคาประมาณ $ 16 แต่ฉันไม่แน่ใจว่าจะสามารถจัดการกับ MicroBlaze ได้

มันขึ้นอยู่กับใบสมัครของคุณเป็นอย่างมาก แอพพลิเคชั่นที่เหมาะสมที่นี่จะประกอบด้วยส่วนควบคุมขนาดเล็ก (ซึ่งเหมาะกับ microblaze / NIOS) แต่ส่วนการคำนวณที่ได้รับประโยชน์จากการขนานขนาดใหญ่ของฮาร์ดแวร์ที่กำหนดเอง ในกรณีเหล่านี้แม้แต่ FPGA ที่มีขนาดพอเหมาะ (Spartan หรือเทียบเท่า) ก็สามารถทำได้ดีกว่าซีพียูเอนกประสงค์ทั่วไป แต่นั่นเป็นกรณีที่ดีที่สุด (แม้ว่าจะมีความเป็นไปได้มากในแอปจริง ๆ ) หากแอปของคุณมีส่วนควบคุมที่สำคัญหรือไม่ได้จับคู่กับฮาร์ดแวร์ได้อย่างง่ายดายใช้เงินของคุณกับฮาร์ดแวร์ถาวร (เช่น ARM) อาจจะดีกว่า

หากคุณต้องการบอร์ดมากกว่าชิปนี่คือตัวเลือกล่าสุดสองตัวจาก 2013:

• ฝังตัว The Mojo , Spartan-6 FPGA board ของ Micro US $ 75
• Parallela ของ Adapteva , Zynq SoC (ARM + FPGA) และ Epiphany Multicore Accelerator ของพวกเขาเอง US $ 99

เนื่องจาก CPLDs ปัจจุบันของ Altera จำนวนมากเป็น FPGA ที่มีหน่วยความจำในตัวคุณสามารถรับได้ที่ http://www.altera.com/products/devices/cpld/max2/mx2-index.jsp

ก่อนอื่นคุณต้องเรียกใช้ linux บนคอร์ วิธีการเกี่ยวกับการใช้งานบน ARMเหมือนคำแนะนำอื่น ๆ ในหัวข้อนี้ MCU ใช้งานระบบปฏิบัติการได้ดี แต่มันก็เป็นการสิ้นเปลืองทรัพยากร FPGA ในการสร้าง MCU MCU สามารถใส่ในพื้นที่ซิลิคอนที่เล็กกว่ามากเมื่อออกแบบเองสำหรับสิ่งนั้นและสามารถผลิตได้ราคาถูกกว่า จากนั้นก็มีคำอธิบายอื่น ๆ เกี่ยวกับ FPGA ที่ดีในการประมวลผลแบบขนาน - ชนิดของจริงแม้ว่าการดำเนินการเชิงตรรกะไม่รู้สึกว่าการประมวลผลที่แน่นอน เช่นเดียวกับที่คุณชี้ให้เห็น FPGA ที่ทรงพลังจะมีราคาแพงและกำลังหิวแน่นอน ดังนั้นแพลตฟอร์มต้นทุนต่ำที่สามารถเรียกใช้ linux และ DSP ต้องการประโยชน์ของการขนานสำหรับ IO ที่รวดเร็ว ฯลฯ ดูที่ตัวประมวลผลแบบขนานของ XMOS