李德视觉FPGA技术
FPGA的基本定义与原理
FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种集成电路，其设计允许用户在现场进行编程。这种灵活性得益于FPGA内部由可编程逻辑块（CLB）、I/O块、以及可编程互连组成的架构。同时，现代FPGA中还包含一些专用的硬件模块，如嵌入式存储器（Block RAM）、数字信号处理块（DSP）和硬处理器（如ARM Cortex内核），使得FPGA可以更加高效的处理存储数据、矩阵运算等特定类型的计算任务。
通过使用硬件描述语言（HDL）如VHDL或Verilog，用户可以配置FPGA中的逻辑块和互连，以实现特定的硬件功能。这使得FPGA能够在硬件级别实现高性能的定制计算，适用于从简单逻辑控制到复杂数字信号处理的各种应用。用户可以随时重新编程FPGA，以适应新的应用需求或优化现有设计。
FPGA的用途和应用
FPGA（现场可编程门阵列）具有广泛的用途和应用，覆盖了多个领域。
通讯与网络领域
Communication and network
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数据中心与高性能计算领域
Data centers and high performance computing
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汽车电子领域
Automotive electronics field
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航空航天与国防领域
Aerospace and defense
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FPGA相比于其他计算平台的优势
高性能和并行性
High performance and parallelism
相较于ASIC平台，FPGA平台具有灵活性和可重构性。ASIC平台虽然也可以用于实现高效的并行计算，但ASIC是为单一的算法定制的，一旦设计制造完成就无法更改。相比之下，FPGA可以在硬件形态完成后，利用硬件描述语言进行任意多次重新编程以支持新的算法，从而适应多变的用户需求和标准。
灵活性和可重构性
Flexibility and reconfiguration
相较于CPU和GPU平台，FPGA平台具有高性能和并行性。CPU平台虽然非常灵活，因其基于冯·诺伊曼架构，其核心是存储程序/数据、串行程序执行，运行效率低下，在进行大规模并行计算方面受到限制。GPU平台虽然在处理图形和某些类型的并行计算任务方面效率很高，但它的硬件结构对于通用任务来说是固定的。相比之下，FPGA提供了更高的硬件定制性，可以在较细的粒度上进行编程，并为每个运算操作和数据传输配备可编程的专用硬件资源，从而在硬件层面实现算法的高度并行执行，大大提升算法的运行率，实现更加高性能的加速解决方案。
高能效比
High energy efficiency ratio
相较于CPU和GPU平台，FPGA平台能在低功耗条件下实现高性能，适合嵌入式和实时处理应用。FPGA支持针对特定应用定制硬件逻辑，消除不必要的硬件和操作，以减少能耗。同时其硬件级的并行处理能力以及没有操作系统开销进一步提高了能效。此外，FPGA运行在较低的时钟频率下，同时能直接映射数据路径以避免不必要的数据转移和存取开销，从而减少了动态和静态功耗。这些特性使得FPGA在需要低功耗和高性能的特定应用计算领域中，相较于CPU和GPU，展现出显著的优势。
中等开发时间与成本
Medium development cost and time
相较于ASIC平台，FPGA在开发成本和时间上具有显著优势.FPGA提供了可重构的硬件平台，允许设计者快速原型设计和测试新的硬件逻辑，无需在早期阶段投入昂贵的定制ASIC的芯片制造成本。这种灵活性减少了前期开发投资，并能有效应对设计变更，加速产品上市时间，使得FPGA成为中小批量生产和快速迭代开发的理想选择。同时，虽FPGA的开发比CPU和GPU复杂，但比ASIC的开发成本和时间更低，并且高层次综合工具（HLS）正在降低FPGA开发的门槛，使得利用FPGA快速开发成为了可能。
FPGA如何高能效地加速算法
FPGA允许通过硬件并行化实现大规模并行计算单元的部署，这种硬件级的并行化大大提高了计算效率，并减少了时钟周期的浪费。同时，FPGA可以实现深度流水线处理，使得数据在各个流水线阶段高效传递和处理，减少了总处理时间。此外，FPGA可以为特定算法实现定制的数据路径，从而减少不必要的数据移动和处理开销，进一步降低功耗，实现对算法的高能效加速。
FPGA的开发难易程度
FPGA的开发通常被认为比传统的软件开发更具挑战性。FPGA编程需要使用硬件描述语言（HDL），如VHDL或Verilog，这与传统的高级编程语言（如C、Python）有很大的不同，开发者需要掌握硬件设计的基础知识。虽然近年来许多厂商提供了高层次综合（HLS）工具，如AMD的Vivado HLS和Intel的OpenCL，这些工具允许开发者使用高级语言（如C/C++）进行开发，大大降低了入门门槛。但FPGA的调试涉及硬件级别的信号追踪和分析，比软件调试复杂，且需要使用专门的硬件调试工具和仿真环境，这对开发者的硬件设计和调试能力提出了很高的要求。加之FPGA设计需要进行综合（Synthesis）、实现（Implementation）和时序分析（Timing Analysis）这些步骤，其开发周期通常比软件开发长。故相比于软件开发，FPGA的开发仍然要求有较高的专业知识和技能。
李德视觉的FPGA开发能力
李德视觉拥有一支由硕士和博士组成的资深FPGA开发团队，研发团队长期从事高性能、高能效FPGA设计的研发工作，系统性地在算法、架构和系统三个层次联动优化应用的实时性能与能耗，掌握丰富的软硬件协同设计经验。研发团队近五年内在IEEE TC、TCASI/II、TVLSI和DAC等顶级国际会议和期刊上发表了近50项FPGA与芯片系统相关研究工作，近30项研究成果获发明专利授权或已进入实际审阶段。
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