作者：VíctorMayoral-Vilches和GiulioCorradi，賽靈思公司
兩軸分揀機器人連載三：為何FPGA能在機械人中起到重要作用
CPU和GPU善于節(jié)制流盤算。它們的節(jié)制驅(qū)動機械模子基于節(jié)制令牌，節(jié)制令牌提醒應(yīng)實行語句的時候。這給予CPU和GPU完整的節(jié)制力，能輕松實現(xiàn)龐大的數(shù)據(jù)和節(jié)制構(gòu)造。然而，如許干的價格是服從較低且難以毫無不對地正確編程。相反，F(xiàn)PGA善于數(shù)據(jù)流運算。它們遵照數(shù)據(jù)驅(qū)動機械的形式，一旦全部操作數(shù)可以用就實行語句。如許的后果便是FPGA能開釋龐大的并行性和吞吐量潛力，與此同時防止犯錯或發(fā)生副作用。
整體來講，作為CPU和GPU通用平臺的替換技能，F(xiàn)PGA能夠自適應(yīng)生成定制測算架構(gòu)，滿意機器人的需求。由于具有史無前例的靈活性，并能縮短設(shè)計周期，與此同時低落開辟本錢，F(xiàn)PGA曾經(jīng)z正在各種出名工業(yè)機器人制造商和醫(yī)療機器人利用中大批接納。正在“AsurveyofFPGA-basedroboTIccompuTIng”中，閱讀者能夠看到一份有關(guān)基于FPGA的機器人測算的調(diào)研，該調(diào)研展現(xiàn)了FPGA正在機器人利用領(lǐng)域的普遍適用性。下面是對FPGA特性的詳細描述：
?自適應(yīng)：當與此同時需求節(jié)制流和數(shù)據(jù)流時，CPU和GPU因為時延和相應(yīng)工夫問題沒法運用，而FPGA則能生成蓋世無雙的定制盤算架構(gòu)，滿意嚴厲的實時要求和多重要害性要求。CPU和GPU所接納的固定盤算架構(gòu)，限定了它們的團體才能，包孕相應(yīng)工夫和時延。
?高性能：FPGA經(jīng)過建樹深度流水線化的數(shù)據(jù)途徑來提拔較量爭論性能，而并不是像CPU和GPU那樣依附較量爭論單位數(shù)目的增長。流較量爭論的事情道理是一個較量爭論單位發(fā)生的數(shù)據(jù)立即被流水線中的下一個較量爭論單位處置懲罰，如許就免去了數(shù)據(jù)流通道中“提取-較量爭論-存儲（fetch-compute-store）”的環(huán)節(jié)，便于數(shù)據(jù)發(fā)生者和消費者的運算操縱，進而提拔了性能。相反，因為存在架構(gòu)固定、核數(shù)目固定、指令集固定、存儲器架構(gòu)僵化等多重限定，CPU和GPU只能以就義性能的體式格局舉行較量爭論。
?高能效：速度和功耗是數(shù)字電路的根本品質(zhì)因數(shù)（FOM，figuresofmerit）。功率是表現(xiàn)數(shù)字電路頻次和觸發(fā)率的函數(shù)。FPGA根據(jù)并行和直接實行算法調(diào)理頻次。FPGA堅持較低頻次和較低切換率舉行較量爭論，但取CPU和GPU的等效較量爭論性能相比，F(xiàn)PGA正在更高的頻次下具有更大的并行性上風，進而客戶以實現(xiàn)更好的功率指數(shù)和更高的能效。
?沒有虛耗算力：FPGA借助靈活性實現(xiàn)芯片利用率最大化以提拔性能。靜態(tài)功用互換（DFX，已往被稱為“一些重設(shè)置”）許可正在CPU上運轉(zhuǎn)的線程化使用分時同享FPGA。由此當給定線程正正在處置懲罰FPGA生成的后果時，另外一線程能利用FPGA舉行沒有一樣的較量爭論。
?可猜測：FPGA幫忙CPU和GPU卸載嚴厲意義的實時盤算，正在執(zhí)行時間上供應(yīng)納秒級猜測才能，并且不容易受到取GPU和CPU盤算有關(guān)的軟件調(diào)換或顫動的危害。
?可重設(shè)置：機器人算法仍處于高速演進發(fā)展中，F(xiàn)PGA能夠按需舉行靜態(tài)重設(shè)置和更新。另外，還能夠輕松地對FPGA舉行從頭編程以知足異構(gòu)需求，實現(xiàn)CPU和GPU能力供應(yīng)的通用本領(lǐng)。
農(nóng)產(chǎn)品分揀機器人?寧靜：FPGA可以按需靈動地構(gòu)建寧靜電路，保障機器人數(shù)據(jù)流的寧靜。別的，F(xiàn)PGA能充分利用重設(shè)置功用修改其硬件架構(gòu)的缺點。如許設(shè)計人員就可以敏捷處理正在固定較量爭論架構(gòu)上難以處理大概沒法處理的寧靜風險（制止將來的風險，比方“熔毀”和“鬼魂”）。
然而也是有看法以為，只管FPGA是機器人專家心目中抱負的盤算基干，可是它們供應(yīng)的靈活性是以提升復(fù)雜性和所需的設(shè)計技藝為價值的?！癆surveyofFPGA-basedroboTIccompuTIng”列出了部份所需的分外技藝。只有可以全面綜合地使用含多核CPU、GPU和FPGA在內(nèi)的所有這些手藝，才氣實現(xiàn)最優(yōu)秀的機器人性能。預(yù)期否則，賽靈思所供應(yīng)這類集成式片上體系解決方案，是將CPU通用軟件的可編程才氣取FPGA自適應(yīng)硬件功用完美結(jié)合在了統(tǒng)一器件當中。
這一些自適應(yīng)SoC為機器人運用給予了軟硬件兼有的高靈活性較量爭論根蒂根基，并可給予高性能、低功耗、確定性、硬件可重設(shè)置、寧靜，和自適應(yīng)特征等價值。
要點總結(jié)：CPU和GPU善于掌握流測算，而FPGA善于數(shù)據(jù)流測算。自適應(yīng)SoC解決方案為機器人利用供應(yīng)了軟硬件兼具的高靈活性測算基干，可供應(yīng)低功耗、高性能、確定性、硬件可重設(shè)置、平安，和自適應(yīng)等特征。
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