FPGA那点事之二

乐彼客服1 · 发表于 2018-5-3 14:10

在上篇我们聊了FPGA的概况，本篇咱们说点FPGA的热门话题以及其过去在音频领域内的一些主要应用

超300亿晶体管——3倍于最高端服务器CPU

如果让大家猜晶体管最多的芯片是什么？很多烧友可能会回答是最高端的服务器CPU，一般这种带了超大规模片内CACHE具备几十个内核的CPU大约有100多亿个晶体管，非常吓人。可是面对最高端的FPGA来说实在是小巫见大巫，INTEL STRATIX 10 FPGA顶级型号内部有超过300亿个晶体管，数量是前者的2倍到3倍。现在FPGA趋势是包罗万象，除了几百万个LUT外还带有很多硬IP，比如16GB HBM2（HIGH BANDWIDTH MEMORY）高带宽内存，4核ARM CORTEX A53、几十个58Gbps的超高速PAM4收发器。。。。。总之FPGA才是最大的晶体管怪物。

92000亿次浮点速度——50倍于最高DSP的运算能力

刚刚我们才推翻大家对于晶体管王者的陈旧认识，下面继续。目前浮点运算能力最强芯片是什么？很多烧友会猜测是DSP，毕竟数字运算处理器的专业是浮点运算，TI的TMS3206678是目前浮点运算能力最强的DSP，具备8个DSP核，单核频率1.4GHZ，峰值浮点能力高达224GFLOPS，也就是2240亿次，最近中兴事件热炒的国内38所的魂芯2A号DSP浮点运算速度也很高，超过1000亿次，不过由于TI的6678是8核，而后者是双核，所以单论浮点运算速度还是略输于前者。可惜他们的浮点运算能力在FPGA面前都是浮云，得益于并行架构，可以很轻松的组合出几千个DSP块，目前最高端的FPGA STRATIX 10的峰值浮点速度为9.2T FLOPS也就是92000亿次，并且具有提升到100000亿次的能力，是目前最高端DSP的50倍。

国内FPGA厂商生存现状——软件是唯一麻烦

国产芯片现在是热门话题，目前国产FPGA厂商主要有高云、AGM、智多晶、安路和国微等。国微就和国企一样，财大气粗有紫光系在背后撑腰。其它几家都是埋头苦干的，很多研发从美国FPGA厂商跳槽回来。

因为财力和风险原因，这些厂商目前以小规模芯片为主，很贴近国内客户，只是因为时间关系开发工具还不成熟，对这些厂商来说，FPGA硬件堆砌起来不难，麻烦的是软件，只要给资金给时间，国产FPGA大爆发是必然的。

老万最可惜的是目前已停止运营的京微雅格，其中有款FPGA，不仅LUT不少还带300MHZ的CORTEX M3和很多外设接口，非常方便，从原始阶段到可用我们都试运行两年，即将在成品上使用，可惜突然传来京微雅格关闭的消息，如果能熬到今天，其局面可能会大有改观。

FPGA那点事之一：http://www.erji.net/forum.php?mo ... &extra=page%3D6

乐彼客服1 · 发表于 2018-5-3 14:10

上面谈论的都是FPGA芯片，芯片是死的，如果没有好应用，那只是浪费，下面介绍目前HIFI播放器中FPGA的主要应用。

大带宽桥梁——原生支持高品质音源的关键

很多主控芯片在规划时根本没想到在人群中微乎其微的烧友需求，因此其I2S接口只能传输PCM数据，带宽还很低，往往见到高于16BIT 44KHZ的数据流时就望洋兴叹。这时FPGA可以充当数据桥梁和接口，很多厂商干脆让主控通过SPI、SDIO等拥有较高带宽的接口传输PCM、DSD数据给FPGA，而FPGA只要做出SPI或SDIO的相关协议，接到数据后丢给DAC上的PCM和DSD相应接口，起到承上启下的作用。现在很多HIFI播放器能原生播放32位音源，FPGA功不可没。

高精密时钟源——真正从源头HiFi起来

有一定烧龄的烧友都知道，主控芯片内部靠PLL提供时钟，其数量相对较少，而且抖动很高，直接拿来做HIFI产品的时钟源，实在是不堪入耳。从10年前老万开发播放器时，FPGA就和多个TCXO等精密低噪声低温飘的有源晶振一起构成超低抖动时钟源，利用那些高级有源晶振的时钟满足HIFI领域内众多频率对于高精度低抖动的要求。

乐彼客服1 · 发表于 2018-5-3 14:11

SPDIF OUT接口——让数字输出更专业

不少主控芯片自带SPDIF OUT接口，可是由于内部PLL数量少，抖动高的原因，有的HIFI播放器厂商干脆放弃了主控芯片的SPDIF OUT功能，用FPGA芯片开发SPDIF OUT的IP，配合FPGA和高品质晶振构成的高精密时钟源，做出真正专业的SPDIF OUT接口。值得注意的是，很多不带FPGA芯片的便携解码，其SPDIF OUT性能可能还比不上使用了FPGA和高品质时钟源的便携播放器。

SIGMA DELTA DAC调制解调——纯数字一样可以“模拟”

在本文第一篇的留言里，有烧友提出这样的问题，DAC是模拟电路，FPGA是数字电路，怎么可能用FPGA来模拟DAC呢？其实他们不清楚和R2R DAC几乎靠电阻等模拟电路决定性能不同，SIGMA DELTA DAC更像是一种数字电路，其主要构成部分是插值滤波器、SIGMA DELTA数字调制器、动态匹配单元和重构滤波器组成，其中前两个部分是数字电路，几乎决定了SIGMA DELTA DAC的性能。按我们接触到的各个DAC厂家反应，他们都是在FPGA外围搭建简单的模拟电路后开发和校验完核心功能后才开始芯片设计和制造。也有HIFI厂家在FPGA上完成了SIGMA DELTA DAC的开发后没有做成芯片，直接搭配放大电路后作为便携解码耳放机来销售。

以上可以说是FPGA在音频领域的传统应用，所需要FPGA的规模不大，或太常规，如果单凭以上几种应用恐怕拿不到IFTD的入场券，下篇会详细解释我们靠什么打动了INTEL，欢迎大家多多指点。

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彭总 · 发表于 2018-5-3 14:56

帮顶

方形圆圈 · 发表于 2018-5-3 20:00

看的有点费劲，留着以后慢慢研读😓

吹风 · 发表于 2018-5-3 20:04

结合上篇还是理解无能，涨知识了

grdh · 发表于 2018-5-3 20:30

留爪

pctoo · 发表于 2018-5-3 21:48

科普贴留爪

大虾123 · 发表于 2018-5-4 14:08

这样对线路会有什么影响，体积会不会变大

陌上 · 发表于 2018-5-4 19:55

两种数字处理能力有什么区别

azi9757 · 发表于 2018-5-7 11:45

虽然看不懂但是留着以后应该能用到

tony5yu · 发表于 2019-12-6 11:33

什么时候播放器可以用的上这篇文章第一张图里那颗FPGA啊？

quanyiw · 发表于 2019-12-9 16:35

感谢分享，学习了！
请问楼主，写入了专用软件的FPGA和处理逻辑相同的专用芯片相比，有什么具体的区别？
或者干脆直接问吧，FPGA是否比专用芯片的成本要高？或者二者的成本是和大批生产专用芯片的数量有关？

乐彼客服1 · 发表于 2019-12-24 16:54

quanyiw 发表于 2019-12-9 16:35
感谢分享，学习了！
请问楼主，写入了专用软件的FPGA和处理逻辑相同的专用芯片相比，有什么具体的区别？
...

您好，大规模的fpga相当于多个准万能数字芯片，而asic是专用芯片。前者有更多对专用asic来说可能无用的互联，所以成本和延迟都更高，但在小规模应用中FPGA更方便实用！

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