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：1277 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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