利用成本优化型 FPGA 和自适应 SoC 释放创新潜能白皮书

利自用适成应本So优C 化释型放创FP新GA潜和能 在前不提降下低提性升能设或计效水率准的 概述2 电当子前产趋品势设与计挑的战 3 可编程逻辑的优势5 自可适编应程计逻算辑：不仅限于6 AMD成本优化型 FPGA产品组合8 AMDSPARTAN™ ULTRASCALE+™FPGA 系列 选可择编合程适器的件选合择作合伙适伴的 11 13 14 AMD-FPGA领域的 佼佼者 适机用器于学人习工的智FP能GA和 15 16 成本优化型 FPGA的应用 总结 17 18 更多资源19 利用成本优化型FPGA释放创新潜能|2 概述 随算着领物域，联开网发(者IoT需)、要机更器灵视活觉、和节A能I等和创低新成技本术的进全入新边架缘构计。本理电器子之书间介的绍区了别，F旨PG在A、帮自助适创应新S者oC确、A定SI最C和适其合他自标身准应处用 优势。 的方案。 本适电应子书主要侧重于为读者介绍成本优化型FPGA和自 的前提So下C，技为术硬，说件明设这计些提技供术软如件何编在程不能降力低带性来能的或灵效活率性 AMD对于低密度和中端FPGA成本优化型产品组合 绍了 有应用提供可编程逻辑的优势。 本电子书还探索了AMD成本优化型器件的未来发展，介(COP)的长期承诺，以及该产品组合如何有助于为几乎所 概述2 电当子前产趋品势设与计挑的战 3 可编程逻辑的优势5 自可适编应程计逻算辑：不仅限于6 AMD成本优化型 FPGA产品组合8 AMDSPARTAN™ ULTRASCALE+™FPGA 系列11 选可择编合程适器的件 选合择作合伙适伴的 13 14 AMD-FPGA领域的 佼佼者 适机用器于学人习工的智FP能GA和 15 16 成本优化型 FPGA的应用 总结 17 18 更多资源19 趋势。 电子产品设计的当前趋势与挑战 每一轮绍创了新当浪今潮推都动会电带子来行新业应发用展和进新步的一计些挑行战业和。本技部术 趋势 764.3亿美元1。实时响应能力 间将会增加一倍以上，达到345.9亿美元，预计未来10年 I式/O设：联网的优可势能不接容入忽网视络，。在为未了来读几取年这内些，设几备乎要所连有接嵌的入各传感类器传市感场器，体需量要就更达多到的了I/O。2022年，仅汽车应用领域的让系统能够立即使用数据，在每一个层面上提高效率。 状片态的联网器件。高度集成的器件（有时也称为系统级芯 能要效的：一过个去课十题年。间一，方节面能，成人为们消对费节者能和更企加业重心视，目另中一日方渐面重，器尽件可供能电降运低营每成种本电却子居器高件不的下功，耗这，共尤同其是促成始了终一保种持趋开势启： 不但(S能oC缩)）具小有系在统单的一整器体件外上形整尺合寸多，还种有功助能于的降额低外能优耗势。， 坏等潜在影响。 安成全重性挫，：随这着凸网显络了攻物击联日网渐安猖全獗性，的加重之要其意会义对。企然业而，盈数利据造泄露的真实代，价还其有实客很户难信衡任量损。失除、了整罚体款品和牌恢形复象成遭本到等破 计算领域，器件的智能化水平(和AI)功发能展都。随需着要加AI强进，入以边便缘进一取步行实动，施必或须支确持保A较I。低从的收延集迟传，感以器提数供据实、时处响理应数能据力直。到采 AI过于在边缘计算领域的应用利用数据推动人工智能：物联网最主要的优势之一莫 设计挑战 此同时理有线，它也给开发者带来了层出不穷的新难题，例如管 每诞一生次至技今，术已进经步给都几会乎带每来个新行的业设带计来挑了战巨。大例的如，价互值联。网但自与等。未来/无几线年连间，接开、管发理者海需量要数应据对，以以下及许保多障挑数战据：安全等 灵活。通性过：适可应编性程或解许决是方开案，发开者发要者应可对以的轻最松重开要发的系设计，挑也能需在要系同统样部署后活轻性，松以执便行随更着新时。在间系的统推硬移件做方出面调，整开，发满者足不能力断变。化的应用要求。这其中包括在部署后更换硬件的 管标理准处I/O理：器更能多够的提传供感的器对I/O提出了更高的要求。然而， 数据预处理：AI在边缘计算部署中的重要性与日俱增， ，或者将多个数据源整合到一个通 构道来之支中持。更多 I/O有限。开发者需要找到一种架I/OI/O 系统需要能够更快地处理更多数据，这其中包括数据的 型往往有限。开发者需要具备灵活适应能力的架构，从而 概述2 电当子前产趋品势设与计挑的战 3 可编程逻辑的优势5 自可适编应程计逻算辑：不仅限于6 AMD成本优化型 FPGA产品组合 AMDSPARTAN™ 8 ULTRASCALE+™FPGA 系列 选可择编合程适器的件选合择作合伙适伴的 11 13 14 AMD-FPGA领域的 佼佼者 适机用器于学人习工的智FP能GA和 15 16 成本优化型 FPGA的应用 总结 17 18 更多资源19 存储与处理标准化架构能够有效支持的数据和处理类 尽响可应，能系降统低需延要迟在：延各迟个会层影面响进性行能优和化，能从效而。为尽了可实能现减实少时延迟应速。数度据和收功集耗、存。储和/或传输速度直接影响到器件的响 不标断。业发界展会变不化时的发安现全新领漏域洞：，安无全论性安是全一系个统动有态多多强变大的，目都必性，须互能联够系与统时要俱保进护，的抵不御只新有的数漏据洞，。此还外有，代为码了及确其保操安作全。另或架构外者还系。必统须电妥力善耗实尽施。为安此全，措开施发，者以需免要主一处种理高链效不且堪灵重活负的， 能同效时：降为低了功提耗高的能重效任，开。开发发者者承在担设着计在时设需计要更考复虑杂到系架统构的的在能性效能与。此成外本，之他间们取还得需平要衡根据。具体的应用需求，灵活地 更系小统巧功的能外。开形发尺者寸的：要理缩想小之设选计是尺单寸芯，片就解必决须方集案成，与它整能合将所有必，要还的能功提能高集成到和同能一效个，器因件为上不会。这产不生但片能外缩操小作系的延统设迟计和额。外功耗。此外，减少组件数量也能简化和加速系 根据相关的应用、数据和应用场景对其加以定制。 的原因多种多样，其中包括： 面一向次未的来软：件快更速新的已创经新无步法调再加满快足了许系多统系更统新的的需频求率。更。一新年 •实施漏洞修复 •添加新功能 •修补新的安全漏洞 •通过持续的算法开发，逐渐提高性能和效率 •记录和收集新的操作数据，以执行预测性维护 由于许多嵌入式应用高度复。最杂重，要系统是的，某更些新部必分不可可能少需。但后可传实统施处的理变器更架类构型只能。开更发新者软需件要。多这种制灵约活了的在架系构统，部从署而将决软方件案，的即适便应在能部力署拓完展成到后硬，工件程。通师过也A能M更D自新适软应件计和算固解件。 概述2 电当子前产趋品势设与计挑的战 3 可编程逻辑的优势5 自可适编应程计逻算辑：不仅限于6 AMD成本优化型 FPGA产品组合8 AMDSPARTAN™ ULTRASCALE+™FPGA 系列 11 选可择编合程适器的件13 选合择作合伙适伴的 14 AMD-FPGA领域的 佼佼者 适机用器于学人习工的智FP能GA和 15 16 成本优化型 FPGA的应用 总结 17 18 更多资源19 不影响性能或效率。 可编程逻辑的优势 长大期技以术，来它，将可软编件程可逻编辑程都性是的应灵对活上性述引诸入多硬设件计设挑计战，的而强且传就统意处味理着，器它等们标自准身化具器备件的的功一能个以特及点支就持是的功功能能固都定是。这固 芯片空间并消耗电力。 定的功。此外；，但这即些便功这能些固功定能的不器会件投通入常实包际含使具用体，应仍用会不占需用 AF2 AF3 AF1 BF1 BF2 AF4 AF6 AF5b AF5a 自适应硬件（未配置）自适应硬件（已配置） BF5 BF4 BF3 预处理器等自定义逻辑，从而大幅提升系统吞吐量。 可件编只程会逻实辑现允必许要开的发功者能针。此对外特，定可应以用在进处行理硬链件中定集制成数。器据 什么是FPGA？ 批具有19商85业年可，赛灵行性思的（现为AMD的一部分）就生产出了首 程互连，为可编程逻辑市场的起步做出了重要贡献。 现早场在可编程逻辑门阵列(FPGA)技术有着长久的发展历程。凭借可编程逻辑门电路FP以GA及。这些名逻为辑门XC电20路64之的间初的代可器编件 地的变化，让硬件得以获享软件的灵活性。开发者可以在 通过可编程件逻。最辑初，设问计世师的能这够些以芯更片为给低设廉计的带成来本了快翻速天实覆 F验P证GA运上行测情试况电并路解设决计各，并种将问其题投。在入设到计生获产批系后统，之开中发，者以即可快安地心将地复改杂用产定品制推向AS市IC场。这。种工作流程让开发者得以更 FPGA，绕过定制ASIC。 可使编他程们逻在辑最的终灵生活产性系对统于中许采多用应用都至关重要，足以促 F轻P松GA。可在现场重编程，让“硬件”电路的更新与软件一样 自功能19。8例5年如至，随今着，F门PG电A路技数术的不增断加发，展完善，整合了广泛的 整的嵌入式处理器。这种处理器可FPG针对A特可以包含一个完定应用定制，让 设延迟计和师吞能吐够量优的化功性能，进可以而并满行足复实制时处要理求元。对件于，高从而度加注快重 处得理以速优度化。由于器件仅实现必要的功能，效率和功耗也能 什么是自适应SoC？ 。 (WAA)和DynamicFunctioneXchange 自的适器应件。S此oC类是芯一片种级围系绕统自集适成应化计程算度架较构高和，设可计在方单法个构芯建片中利提用供整所体需应的用全加部速功能。通过这样的系统，开发者还可以(DFX) W加A速A处是理一过种程设。计整方个法系，统让的开实发现者方可式在并整不个是应创用建中一优系化列和分用别每优一化个的组子件系来统实，现再协将同其加链速接，在为一大起幅，度而改是进通创过造合良理机利。 而设计的其他部分则照旧继续运行。FPGA的功能， D新F分X也配是给一可种使设用计这方些法资，源它的将其当他前任未务使。用类的似系于统微资控源制重器单元配置(MCU)通过运行不同软件，来从改而变改功变能，DFX可以重 概述2 电当子前产趋品势设与计挑的战 3 可编程逻辑的优势5 自可适编应程计逻算辑：不仅限于6 AMD成本优化型 FPGA产品组合8 AMDSPARTAN™ ULTRASCALE+™FPGA 系列 选可择编合程适器的件选合择作合伙适伴的 11 13 14 AMD-FPGA领域的 佼佼者 适机用器于学人习工的智FP能GA和 15 16 成本优化型 FPGA的应用 总结 17 18 更多资源19 现代ASIC布局所用的工具。而通过利用 计工具，类似于定制FPGA要求设计师使用硬件设 功能硬件（包括ASIC的成本和延误。他们不必利用固定 自适应计算：不仅限于可编程逻辑 新至一关代重要FP的GA新和功自能适。最应初So的C不断集成对现代嵌入式应用 从而大幅度简化和加速IP块中进行选择，设计。 FPGA技术。 的情况FP下GA利开用发工具，设计师甚至可以在不编写底层代码开发者可。他以们利可用以广从泛多的种A生M产DI就P目绪录的，不需要从零开始构 FPGA 优化性能的定制电路。 有了这些代码IP都块是，开现发成者的即，已可经快在速实、轻际松应地用实中现进功行能过。测所试有和松实验现证功。开能发分者区只、需互连拖结放构构建的和IP块块连即接可，。从开而发创平建台能可够轻 、、、、等。 指令集的、、以太网、 AMDIP目录包括70多种不同的IP产品，例如基于RISC-VMicroBlaze™MicroBlaze™V1/10/25GigEVisionPCIExpress®CANSPII2C 设计样例，包括 凭借如此广定泛制的系统IP。块我，们开还发针者对可多以种快应速用构提建供针了对完其整应的用 : •AMDMicroBlaze™V参考设计 •PWM控制器参考设计 •SPI闪存控制器参考设计： •UAR