FPGA芯片在数据中心、自动化生产中的应用与实战方案

发布时间:2024-12-11 阅读量:1313 来源: 我爱方案网 作者: bebop

在复杂数字信号处理领域,之前主要被高端的DSP芯片所垄断,但是随着FPGA芯片的应用更加趋于成熟,FPGA的潜能也慢慢被开发出来,在此领域也表现出很多高端DSP芯片所不及的优势,对于复杂数字信号处理,FPGA芯片供应商随后推出了DDS、FIR、CORDIC、FFT、IFFT、定点数加减乘除法、定点数转浮点数IP核,使得FPGA并行处理复杂数字信号的时代已经到来了,使其能在很多精密仪器仪表、高端医疗设备等复杂数字信号处理应用中占用重要的地位。

基于可编程灵活性高、开发周期短以及并行计算效率高等特点,FPGA的应用场景特别广泛。
通信是目前FPGA规模最大的应用市场。FPGA在通信领域的应用包括网络交换、通信协议转换、流量控制等。它可以用于实现高效数据处理和大规模的射频中继等。例如,在5G通信技术中,FPGA被用于基站的信号处理和数据处理,提高了通信系统的性能和稳定性。
工业领域是FPGA芯片的主要应用市场之一。FPGA在工业领域主要应用于视频处理、图像处理、数控机床等领域实现信号控制和运算加速功能。例如,在自动化生产线中,FPGA被用于控制机械臂的运动和协调各个设备的运作。
数据中心是FPGA芯片的新兴应用市场之一。在数据中心运算处理领域,FPGA芯片主要用于硬件加速。相比于CPU,FPGA芯片由于其无指令、无需共享内存的体系结构,能够同时提供强大的计算能力和足够的灵活性;相比GPU,FPGA芯片在数据中心具有低延迟及高吞吐的优势;相比ASIC,FPGA芯片可在灵活性、开发时间等方面达到出色的平衡。
随着电动汽车兴起,FPGA在汽车中的应用越来越广泛。汽车电子行业对FPGA的需求主要来自ADAS(智能感知系统)和AV(自动驾驶汽车)。比如:FPGA芯片可用于控制和驱动电动汽车电机控制系统,连接驾驶系统、仪表盘、雷达、超声波传感器等各种车载设备,实现激光雷达、毫米波雷达等信号处理和控制。在视频桥接和融合领域,FPGA芯片可用于实现多个图像传感器的信号桥接、3D环视视频融合、倒车辅助视频、辅助驾驶视频等功能。在辅助驾驶和自动驾驶领域,FPGA芯片可用于实现机器视觉与目标检测等各种功能。
在人工智能时代,AI的算法不断推陈出新,对于硬件的算力和灵活度要求很高,FPGA的灵活性刚好符合AI的特性。FPGA主要被用作矩阵乘算法的加速器和神经网络加速器的执行器。它可以实现低延迟的计算和高性能的运算,为人工智能的发展提供了强大的硬件支持。例如,在深度学习领域,FPGA被用于加速神经网络的推理和训练过程,提高了人工智能系统的处理速度和能效。此外,随着异构计算融合等形式越来越受推崇,FPGA+CPU等架构也给AI带来更多的潜在优势。
下面将介绍FPGA芯片的常见应用场景及方案网平台上架的紫光同创Logos系列(PGL50H-6IFBG484)、Xilinx XC7A35T图像处理FPGA开发板,它们都是即插即用的方案PCBA,非常方便工程师开发设计。


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紫光同创高带宽、高存储工业控制开发板



方案基于紫光同创 logos 系列 FPGA(PGL50H-6IFBG484)开发,具有高数据带宽、高存储容量的特点,适用于高速数据通信、处理、采集等方面的应用,方案交互时钟频率最高到 400MHz, DDR3 的数据位宽 32bit,总数据带宽高达25600(800×32)Mbps;4 路 HSST 高速收发器,每路速度高达6.375Gb/s,适合用于光纤、PCIe 数据通信;外围接口丰富,满足全方位的开发需求。


Xilinx XC7A35T(赛灵思)图像处理FPGA开发板


方案基于Xilinx(赛灵思)生产的Artix-7系列可编程逻辑器件(FPGA)XC7A35TFGG484-21,支持2路HDMI接口,均支持输入和输出,通信接口丰富,支持1路千兆以太网、1路USB UART、USB2.0接口及ATK模块接口,方案可以用于图像的采集、处理和显示,例如高清视频处理和医学图像处理等应用。在人工智能领域,该方案可以用于神经网络的实现和加速,例如卷积神经网络和循环神经网络等算法的实现。


基于阿尔特拉EP4CE10 的视频监控FPGA开发板


方案主控基于阿尔特拉(Altera)的CycloneIV 系列 EP4CE10F17C8N芯片,逻辑单元数10320,最大IO口179个,支持蓝牙、千兆以太网通信,方案还配备了一个音频编解码芯片以及一个摄像头接口,可以用于实现视频处理功能,如视频编码、解码、图像处理等,可以用于数字电视、监控系统、视频会议等应用。


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