传统上，微处理器一直主导着计算领域。在需求更多计算能力的推动下，硅基装置的密度不断提高。按照摩尔定律，晶体管密度每两年翻一番，这无疑是技术创新的金矿。考虑到定制硅涉及的专业知识和成本，几家大型半导体公司在市场上取得了稳定的地位。如今，随着计算密集型设备需求的不断增加，ASIC、FPGA 要求嵌入式处理器执行更复杂的任务。而且进入的壁垒一直高得让人望而却步。 在整个产业链的终端应用中，系统的实施在很大程度上取决于利润。 IC 现代电子产品的价格直接影响到开发成本、专利许可费和设计便利性。设计师和开发者通常依靠硬件加速电路和传统的嵌入式处理器来完成 和专用标准产品 （ASSP）其核心功能，以及众所周知的通用处理器设计过程，也提供了许多方便和可靠性。其根本目标是以最低成本快速上市，满足现代应用日益增长的复杂计算需求。那么问题就变成了:哪种芯片组合能以最少的开发时间和成本最有效地实现这些应用？ 这正是 易灵思 FPGA 展示你的技能。 易灵思 FPGA 软硬件分工采用简单的软件方法， FPGA 结合流行的嵌入式处理器的固有架构优势和方便的编程特性。本文将介绍这一点 FPGA 如何使设计师能够最大限度地提高系统设计能力和效率。 
易灵思 结构的基本优势 易灵思 钛金 FPGA 低端和高端 FPGA 平衡是一种高密度、小包装、低功耗、低价格的设备。 16nm工艺，钛 FPGA可以在小至 5.5 × 5.5 mm多达集成在封装中 100 一万个逻辑单元 （LE）、大量存储模块和高速 DSP 模块。 这是由于 易灵思 的 Quantum 计算内核具有可重新配置的模块，即逻辑和路由可交换XLR单元。这消除了传统的布线 LE 与传统相比，它更小，使用更灵活 FPGA 利用率很高。 必要时，软RISC-V 核可在FPGA内核被例化。易灵思在编译时 动态选择软件是XLR 为了优化其芯片资源，单元被用作路由或逻辑功能。并且， 易灵思 FPGA 实现 的RISC-V CPU 架构，不受 ARM 等专有 IP 内核的约束避免了专利许可费。 RISC-V 的兴起 RISC-V 免费指令集架构（ISA），它附带各种软件参考设计，IP 软核和实体器件。 RISC-V 和 ARM 主要区别在于： RISC-V 是一个开放标准，其中 ISA 没有特定的微处理器架构；其他流行的处理器技术(如:x86、x64 和 ARM）都是基于使用供应商提供的 ISA 支付硬件架构的商业模式。 模块化，开源 RISC-V 随着结构的日益普及，开发者可以使用这些核心，创建非指定供应商的计算方案，而无需版税。随着摩尔定律的放缓，这为创新打开了大门。 RISC-V 可集成处理核 FPGA 以便于编程的特点，与 FPGA 和 ASIC 并行处理能力与灵活性/可重配置相结合。 采用 易灵思 FPGA 新的设计方法 易灵思 FPGA 量子加速的概念也带来了与传统嵌入式处理器相同的编程方便。量子加速依赖于两种关键技术来简化和优化设计过程和设计本身： 1、使用RISC-V处理器 使用量子加速器 借助嵌入式RISC-V软核从RISC ISA从编程方便中受益 首先，高度可扩展 RISC-V 处理器被用作系统的主力，以确保软件中最大限度地表达系统功能。 RISC-V 处理器的一个固有优点是其自定义指令可以用来扩展处理器的功能，以满足应用程序的要求。这确保了熟悉的使用 C/C 在语言的同时，处理器以最高效率在当地执行高加速任务。 所以，比如，要用C 语言对没有自定义扩展指令的的传统嵌入式处理器编写卷积任务程序，设计师必须将其分解为几条更简单的指令。而使用 RISC-V 自定义指令可以在一次执行中完成上述任务。这些基于特定应用的指令大大降低了标准指令所需的周期数，并通过降低功耗大大提高了系统效率。自定义指令可以加速人工智能算法中常用的卷积 40至 50倍。从而显著提高了系统性能。 定制指令还可以使产品组合更广泛，上市更快。 易灵思 一个合作伙伴创建了一个包含数百个定制指令的库，可以例化并按需调用。这给他们带来的效果是，许多用户产品可以在一个通用的硬件平台上定义、创建和快速交付，而产品之间的差异只取决于 RISC-V 可以实现处理器的软件优化。 借助 FPGA 直捷加速架构灵活性 然而，自定义指令通常适用于少量数据处理。如果用户希望对更大数据块执行数学函数运算。量子加速器套接字（socket）根据应用程序的要求，用户可以轻松地指向数据，检索数据并编辑其内容。此加速器套接字具有针对加速器功能、RISC-V 直接内存访问处理器（DMA）具体的输入和输出(见图)控制器和其他处理模块。 DMA、回调（callback）和与 RISC-V 处理器的连接都在 C 中调用，几乎为程序员自动执行。只需要一点加速VHDL代码，易灵思 也提供了许多相关的例子。
图1 说明： 易灵思 量子加速器套接字具有特定的输入和输出，使用户能够指向大数据块检索和编辑并加速硬件。套接字只需要最小的 VHDL 设计可以无缝地移动后续的数据，所以设计师可以简单地关注性能瓶颈。 这种方法的好处体现在大大缩短了上市时间。利用这种加速构建的预定义，易灵思 一位合作伙伴设计了一个相机系统，包括输入传感器、人工智能引擎、目标检测和分类以及输出显示子系统。从项目启动到功能齐全的原型和大规模生产，整个过程只需要一个多星期。 硬件加速的微方法和宏路径 总之，易灵思 FPGA 既使用开放式 RISC-V 该标准的固有优势结合了使用定制指令或快速修改大数据的定制加速器框架的优点。这使得电子设计公司和制造商能够实现以下目标： ? 通过优化的软件设计流程，产品可以尽快上市 ? 通过软件定义的架构化灵活平台，最大限度地降低设计和生产成本 ? 创建面向未来的设计，既能满足现代应用的计算需求，又能通过附加功能轻松升级 易于编程的 FPGA 的价值 易灵思 把 FPGA 从传统的微不足道的设计替代品到设计必需品。这些设计技术模糊了传统系统架构的界限。可配置、经济、低功耗 、具传统嵌入式处理器方案速度的FPGA 这些平台可以通过以下方式推动大众市场： ? 用集成的 FPGA完全替代方案 ASSP 设计 ? 扩展现有 MCU 适应新要求和新市场的功能 ? 传统的嵌入式处理器被保 ARM）当设计过程简单时，更换嵌入式处理器 与 ASIC 与定制芯片相比，构思和生成是基于的FPGA计划所需的时间已大大缩短。 当成品足够便宜时，适应性强 FPGA 可以替代上述定制功能ASSP。 易灵思 嵌入式 RISC-V 也可以定制处理器来模仿和扩展现有的处理器 MCU 的功能。从模仿一个熟悉的 MCU 开始，可以 FPGA 自定义功能和自定义加速模块和架构中例化增强 I/O 信号调整。 使 FPGA 成为设计元素 最重要的范式转换是使用传统的嵌入式处理器(例如 ARM）快速创新设计过程的简单性。高度集成的 易灵思方案包括各种知名的控制器架构和高加速配套模块的衍生品，都在同一个硅芯片中。这为 易灵思 FPGA 在边缘计算之外——从基本的物联网设备到数据中心卡——的更多样化市场打开了大门。 许多过去需要使用的通用嵌入式处理器 强大的FPGA设计师现在可以用更简单的方式设计 FPGA上实现。传统上使用标准 CPU 或 MCU(如物联网传感器节点)项目现在可以使用 FPGA 而且功耗相当(如果不少)，外形小，成本低，软件设计流程可以直接使用。最大的好处是：基于 易灵思 FPGA 平台的架构灵活性，这些设计自来就是面向未来且可升级的。 推动器件向高算力迈进的设计师也可以借用 易灵思 FPGA。这使得业务能够从传统的物联网和宽带用例（如家庭自动化、机器监控和移动设备上常用的高清视频流）转向下一代应用，如自动驾驶汽车、无缝沉浸式现实体验（AR/VR头戴设备） ， 等等。 易灵思 FPGA 这些基于边缘、高带宽或时间敏感的用例也可以满足。企业可以通过正确的处理能力满足未来的计算要求，有效地培训、操作和升级机器学习算法。
结论 易灵思 FPGA 可显著简化设计周期，立即摆脱正确 ASIC 硬件开发要求，相对简化CPU 和 GPU 硬件加速过程不够直接。 这种FPGA 巨大的影响，将 FPGA它带来了许多以前无法企及的新市场。 在向熟悉的软件技术开放硬件设计环境的过程中，易灵思 可移植的扩展很大 FPGA 设计范围进一步缩短了上市时间，提高了最终用户应用的灵活性。 由此产生的成本和密度优势将使 FPGA 在市场上的扩张远远超出了传统的应用范围，并推动它进入可以触及我们生活各个方面的应用。