CPU會被FPGA替代嗎？FPGA與CPU之間的區(qū)別與聯(lián)系

　　說起CPU，我覺得大家都已經(jīng)很熟悉了。是“中央處理器”的英文縮寫，它是用來“運(yùn)算”的。大部分我們所熟悉的電子設(shè)備，像手機(jī)、電腦，它們所實現(xiàn)的各種功能，都是通過CPU的“運(yùn)算”來實現(xiàn)的。它幾乎是所有電子數(shù)碼設(shè)備的大腦。

　　計算機(jī)之所以被計算機(jī)，因為它的大腦，CPU，就是用來計算的。

　　FPGA是什么？它跟CPU一樣，也是用來計算的。但是，它的計算方式，跟CPU很不一樣。

　　CPU與FPGA的根本區(qū)別在于軟件與硬件的差異。CPU為馮諾依曼結(jié)構(gòu)，串行地執(zhí)行一系列指令；而FPGA可以實現(xiàn)并行操作，就象在一個芯片中嵌入多個CPU，其性能會是單個CPU的十倍、百倍。一般來說，CPU可以實現(xiàn)的功能，都可以用硬件設(shè)計的方法由FPGA來實現(xiàn)。當(dāng)然，極其復(fù)雜的算法用硬件實現(xiàn)會比較困難，資源消耗也很大，如果沒有高性能要求，那用硬件實現(xiàn)就有點得不償失了。對于一個復(fù)雜系統(tǒng)而言，進(jìn)行合理的軟、硬件劃分，由CPU（或DSP）和硬件電路（如FPGA）合作完成系統(tǒng)功能是非常必要的，也是高效的。

　　計算機(jī)是用來計算的

　　首先我們都知道，CPU它是通過“計算”能力，為計算機(jī)提供各種的功能。

　　程序員，把程序代碼噼里啪啦地輸入到了計算機(jī)里面，啪一聲按下確認(rèn)鍵，CPU把程序代碼進(jìn)行計算，達(dá)成各種各樣的目的。

　　運(yùn)算的結(jié)果是什么呢？程序輸入CPU，運(yùn)算成了操作系統(tǒng)，運(yùn)算成了軟件、app、網(wǎng)頁等等。所有的這一切，都是經(jīng)過CPU“計算”產(chǎn)生的。

　　嗯，CPU，他很像我們?nèi)祟惖拇竽X。

　　串行計算

　　我們?nèi)祟惖拇竽X有什么樣的特點？它就像人類的大腦那樣，他只能同時做一件事情。CPU是串行的，一樣也是只能同時進(jìn)行一次計算。

　　我們比方說，現(xiàn)在要進(jìn)行兩場考試，一場是英語，一場是數(shù)學(xué)，我們會把這兩場考試給分開進(jìn)行，絕對不會說，讓你左手做英語試卷，右手做數(shù)學(xué)數(shù)卷，那是不可能的，人的腦袋，同時只能專注一件事情。

　　后來，CPU發(fā)展出了多核，你在那些電腦還有手機(jī)，老是標(biāo)榜著自己是雙核四核八核，甚至十六核。

　　但是很多時候，核多是沒有意義的。因為程序員在編寫程序的時候，程序本身，是針對單核設(shè)計。最常見的例子莫過于我們的一些手機(jī)游戲，游戲邏輯和圖形渲染，是跑在一個核里的。所以說，是否夠快，很多時候還得取決于單核性能。

　　并行計算

　　FPGA是什么呢？

　　我們都聽過三個臭皮匠，勝過知一個諸葛亮的諺語。他的寓意就是說，三個很普通的人，合起來的智慧也是可以超過諸葛亮的。

　　FPGA就像是一群臭皮匠，CPU就像是一個諸葛亮。

　　就像我們前面所說的，我們?nèi)四X就像CPU，不能同時做多份作業(yè)。只能專注于一件事情。而這群“臭皮匠”則不同，F(xiàn)PGA十分擅長同時做多件事情，我們叫作“并行計算”，也常被稱為“異步計算”。

　　而技術(shù)上來說，F(xiàn)PGA也由非常多的核組成的。但跟CPU不同的是，工程師們可以根據(jù)他們的需要，把這么一群“臭皮匠”，重新進(jìn)行自定義的排列組合，來滿足他們想要的計算。FPGA號稱“萬能芯片”。

　　FPGA并不是要替代CPU。這就像大部分的工作重要事務(wù)，都掌權(quán)在諸葛亮手上，那可是重要人物，可不能隨意說換就換;臭皮匠們則可以憑借他們?nèi)硕嗟膬?yōu)勢，處理很多的一些重復(fù)的單純的事情。

　　FPGA的這個特點，非常適合我們今年大熱的人工智能。人工智能里面就有非常大量的一些重復(fù)性、需要并行計算的工作，像圖像識別、圖像處理、深度學(xué)習(xí)等等。

　　哪些領(lǐng)域正在應(yīng)用FPGA？

　　微軟在數(shù)據(jù)中心使用FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)CPU的做法;騰訊云則直接提供了FPGA云服務(wù)器，降低開發(fā)者自購設(shè)備的高昂成本;iPhone 7里有使用Lattice這家上市公司的FPGA芯片;大疆無人機(jī)中也采用了FPGA芯片。。。。。。

　　可以看到的，不論上企業(yè)端（微軟、云計算），還是消費(fèi)端（iPhone 7、大疆無人機(jī)），都能看到FPGA芯片的身影，在未來，它還有很大的發(fā)展空間。