作者：VíctorMayoral-Vilches跟GiulioCorradi，賽靈思公司
連載三：為何FPGA能正在機(jī)器人中起到緊張作用
CPU跟GPU善于控制流計(jì)較。它們的節(jié)制驅(qū)動(dòng)機(jī)械模子基于節(jié)制令牌，節(jié)制令牌提醒應(yīng)履行語(yǔ)句的工夫。那付與CPU跟GPU完整的控制力，能輕松實(shí)現(xiàn)龐大的數(shù)據(jù)跟控制結(jié)構(gòu)。然而，如許做的價(jià)值是服從較低且難以毫無(wú)過(guò)失天精確編程。相反，F(xiàn)PGA善于數(shù)據(jù)流運(yùn)算。它們遵守?cái)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)械的形式，一旦一切操作數(shù)可用便履行語(yǔ)句。如許的成果就是FPGA能開(kāi)釋極大的并行性跟吞吐量潛力，同時(shí)制止犯錯(cuò)或發(fā)生反作用。
總體而言，作為CPU跟GPU通用平臺(tái)的替換技巧，F(xiàn)PGA可能自順應(yīng)天生定制計(jì)較架構(gòu)，知足機(jī)器人的需要。由于擁有亙古未有的靈活性，并能縮短計(jì)劃周期，同時(shí)降低開(kāi)發(fā)成本，F(xiàn)PGA曾經(jīng)z正在各種著名工業(yè)機(jī)器人制造商跟醫(yī)療機(jī)器人使用中大批采取。正在“AsurveyofFPGA-basedroboTIccompuTIng”中，讀者可以看到一份有關(guān)基于FPGA的機(jī)器人計(jì)較的調(diào)研，該調(diào)研展現(xiàn)了FPGA正在機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的普遍適用性。上面是對(duì)FPGA特點(diǎn)的詳細(xì)描述：
?自順應(yīng)：當(dāng)同時(shí)須要控制流跟數(shù)據(jù)流時(shí)，CPU跟GPU由于時(shí)延跟相應(yīng)工夫問(wèn)題沒(méi)法利用，而FPGA則能天生無(wú)可比擬的定制計(jì)較架構(gòu)，知足嚴(yán)厲的及時(shí)要求跟多重關(guān)鍵性要求。CPU跟GPU所采取的流動(dòng)計(jì)較架構(gòu)，限定了它們的整體才能，包羅相應(yīng)工夫跟時(shí)延。
?高性能：FPGA經(jīng)由過(guò)程樹(shù)立深度流水線化的數(shù)據(jù)門(mén)路去晉升計(jì)較機(jī)能，而不是像CPU跟GPU那樣依賴(lài)計(jì)較單位數(shù)目的增長(zhǎng)。流計(jì)較的事情原理是一個(gè)計(jì)較單位發(fā)生的數(shù)據(jù)立刻被流水線中的下一個(gè)計(jì)較單位處置懲罰，如許便免去了數(shù)據(jù)流通道中“提取-計(jì)較-存儲(chǔ)（fetch-compute-store）”的環(huán)節(jié)，便于數(shù)據(jù)發(fā)生者跟消費(fèi)者的運(yùn)算操縱，從而晉升了機(jī)能。相反，因?yàn)榇嬖诩軜?gòu)流動(dòng)、核數(shù)目流動(dòng)、指令集流動(dòng)、存儲(chǔ)器架構(gòu)僵化等多重限定，CPU跟GPU只能以就義機(jī)能的方法停止計(jì)較。
廣州貨物分揀機(jī)器人廠家?下能效：速率跟功耗是數(shù)字電路的根本品質(zhì)因數(shù)（FOM，figuresofmerit）。功率是默示數(shù)字電路頻次跟觸發(fā)率的函數(shù)。FPGA經(jīng)由過(guò)程并行跟間接履行算法調(diào)節(jié)頻次。FPGA連結(jié)較低頻次跟較低切換率停止計(jì)較，但與CPU跟GPU的等效計(jì)較機(jī)能比擬，F(xiàn)PGA正在更下的頻次下存在更大的并行性劣勢(shì)，從而客戶(hù)以實(shí)現(xiàn)更好的功率指數(shù)跟更下的能效。
物料分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)?沒(méi)有鋪張算力：FPGA借助靈活性實(shí)現(xiàn)芯片利用率最大化以晉升機(jī)能。靜態(tài)功用交流（DFX，過(guò)來(lái)被稱(chēng)為“部門(mén)重設(shè)置”）容許正在CPU上運(yùn)轉(zhuǎn)的線程化使用分時(shí)同享FPGA。由此當(dāng)給定線程正在處置懲罰FPGA天生的成果時(shí)，另一線程能利用FPGA停止分歧的計(jì)較。
?可猜測(cè)：FPGA資助CPU跟GPU卸載嚴(yán)厲意思的及時(shí)計(jì)較，正在履行工夫上供給納秒級(jí)猜測(cè)才能，并且不會(huì)遭到與GPU跟CPU計(jì)較有關(guān)的軟件變換或顫動(dòng)的影響。
物流分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車(chē)分揀機(jī)器人閃兔分揀機(jī)多少錢(qián)?可重設(shè)置：機(jī)器人算法仍處于高速演進(jìn)開(kāi)展中，F(xiàn)PGA可能按需停止靜態(tài)重設(shè)置跟更新。另外，借可以輕松天對(duì)FPGA停止從頭編程以知足異構(gòu)需要，實(shí)現(xiàn)CPU跟GPU才氣供給的通用才能。
智能倉(cāng)庫(kù)分揀機(jī)器人?平安：FPGA可能按需靈巧天構(gòu)建平安電路，保證機(jī)器人數(shù)據(jù)流的平安。另外，F(xiàn)PGA能充分利用重設(shè)置功用批改其硬件架構(gòu)的缺陷。如許計(jì)劃職員便能疾速辦理正在流動(dòng)計(jì)較架構(gòu)上難以解決或許沒(méi)法辦理的平安危險(xiǎn)（制止將來(lái)的危險(xiǎn)，例如“熔毀”跟“鬼魂”）。
然而也有概念認(rèn)為，只管FPGA是機(jī)器人專(zhuān)家心目中幻想的計(jì)較基干，可是它們供給的靈活性是以增長(zhǎng)復(fù)雜性跟所需的計(jì)劃妙技為價(jià)值的。“AsurveyofFPGA-basedroboTIccompuTIng”列出了部門(mén)所需的額定妙技。只有可能周全綜合天使用含多核CPU、GPU跟FPGA在內(nèi)的一切這些技巧，才氣實(shí)現(xiàn)最優(yōu)良的機(jī)器人機(jī)能。實(shí)際否則，賽靈思所供給這類(lèi)集成式片上體系解決方案，是將CPU通用軟件的可編程才能與FPGA自順應(yīng)硬件功用完美聯(lián)合正在了統(tǒng)一器件之中。
這些自順應(yīng)SoC為機(jī)器人使用供給了軟硬件兼有的下靈活性計(jì)較根底，并可供給高性能、低功耗、確定性、硬件可重設(shè)置、平安，和自順應(yīng)特性等代價(jià)。
要點(diǎn)總結(jié)：CPU跟GPU善于控制流計(jì)較，而FPGA善于數(shù)據(jù)流計(jì)較。自順應(yīng)SoC解決方案為機(jī)器人使用供給了軟硬件兼具的下靈活性計(jì)較基干，可供給低功耗、高性能、確定性、硬件可重設(shè)置、平安，和自順應(yīng)等特性。
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