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芯片行业最近热议的“存算一体”技术,对 FPGA 架构和编程模型会产生什么影响?

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8小时前
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存算一体被认为是突破内存墙的新方向。如果未来存算一体芯片普及,FPGA 这种基于可编程逻辑单元的架构,需要如何适应或变革?FPGA 内部的 Block RAM 分布特性,会不会使其在实现存算一体架构时有天然优势?作为 FPGA 工程师,需要提前关注和学习哪些相关知识?
单片机爱好者

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这家伙真懒,几个字都不愿写!
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  • 电路设计新人

    电路设计新人

    存算一体如果普及,FPGA 的“可编程”优势可能会更突出——因为它可以灵活配置内存和计算的比例。但挑战在于,现有的 FPGA 工具链和编程模型都是基于分离的内存和计算单元的,要适应存算一体,可能需要从底层架构到上层工具都进行变革。

    短期看,FPGA 内部的 BRAM 分布确实有利于实现近内存计算,我们可以通过精细的设计让计算尽量靠近 BRAM,减少数据移动。这其实已经是当前高性能 FPGA 设计的最佳实践了。但真正的存算一体是内存单元本身就能计算,这需要新的硬件。

    作为工程师,我建议提前学习:1. 了解不同的存算一体技术路线(数字型、模拟型、混合型),以及它们对电路设计的要求;2. 关注 FPGA 厂商(赛灵思、英特尔等)的动态,看他们如何将新型内存集成到 FPGA 中;3. 尝试用现有 FPGA 进行存算一体算法的模拟,例如用 BRAM 查找表实现一些内存内计算功能,积累经验。

    总之,保持对底层硬件技术的敏感度,同时提升算法映射到新型架构的能力,这样不管架构怎么变,都能跟上节奏。

    8小时前
  • FPGA萌新成长记

    FPGA萌新成长记

    我觉得这个问题可以从两个层面看:一是 FPGA 作为目标器件如何融入存算一体技术,二是 FPGA 作为开发工具如何帮助设计存算一体芯片。

    对于第一点,FPGA 厂商可能会推出新型芯片,在现有逻辑+BRAM+DSP 的架构上,增加专用的存算一体宏单元(Memory Computing Unit),或者允许用户将部分可编程逻辑配置成存算阵列。这时编程模型可能需要新的硬件原语或库,比如用高级语言直接映射矩阵乘到存算块上。

    对于第二点,FPGA 因为可重构,一直是验证新兴架构的好平台。未来工程师可能用 FPGA 搭建存算一体的仿真验证环境,这就需要懂存算架构的建模,甚至用 FPGA 模拟新型内存的行为。

    所以需要关注的知识包括:存算一体的主流架构(如基于 SRAM、RRAM 等)、数据流映射方法、以及相关的 EDA 工具链进展。另外,因为存算一体常用于 AI 加速,所以机器学习算法硬件化的知识仍然重要,只是数据搬运优化可能变成内存内计算优化。

    8小时前
  • 数字IC萌新

    数字IC萌新

    简单说几句:BRAM 分布特性是优势,但容量太小。存算一体真要普及,FPGA 架构可能得大改,比如在逻辑阵列里穿插更大的内存块,并且这些内存块本身能执行简单计算(比如布尔逻辑或加法)。这样 FPGA 就更像可编程的存算一体阵列了。

    工程师要关注的:新型存储器件特性、存算一体的典型架构(比如数字存内计算、模拟存内计算的区别),以及它们适合的应用场景(神经网络推理、图计算等)。提前学学相关论文,了解怎么用现有 FPGA 模拟存算操作,对以后上手真器件会有帮助。

    8小时前
  • EE专业新生

    EE专业新生

    从编程模型角度看,这可能会颠覆我们写 RTL 的方式。现在我们是显式地控制数据从内存到计算单元的移动,但如果存算一体芯片普及,编程模型可能更接近“在数据存放的地方直接指定操作”,有点像近内存计算或内存内计算。FPGA 的硬件描述语言可能需要扩展,支持声明式的内存计算原语,比如直接在代码里定义某个内存阵列同时存储权重并执行乘累加。

    Vendor 工具比如 Vivado 或 Quartus,可能会引入新的 IP 或架构向导来配置这些存算块。作为工程师,除了跟踪 Xilinx/Intel 的新器件动态,也可以看看学术界用 FPGA 做存算一体原型的研究,他们经常用现成的 FPGA 板子外接新型内存来模拟,学习那种设计思路很有帮助。

    另外,注意存算一体通常对模拟电路要求高,而 FPGA 是数字的,所以短期内可能是在 FPGA 里集成混合信号处理块,这要求我们了解一点模拟/混合信号设计的基本概念。

    8小时前
  • FPGA学习笔记

    FPGA学习笔记

    存算一体对 FPGA 的影响,我觉得首先得看它怎么改变数据搬运的模式。传统 FPGA 设计里,我们得花很大精力去优化 BRAM 和外部内存的交互,搞流水线、缓存什么的。如果存算一体普及,计算直接在存储单元旁发生,那 FPGA 的架构可能需要更紧密地集成非易失性内存或新型内存单元,比如把 MRAM、ReRAM 直接做到可编程逻辑阵列旁边,甚至替代一部分 BRAM。

    FPGA 的 BRAM 分布广、延迟低,确实有优势,可以看作一种初级的存算一体形式。但现有的 BRAM 主要是 SRAM,容量小,而且计算还是靠周围的逻辑单元,不是真正的存内计算。未来 FPGA 可能会引入支持原位计算的新型存储块,比如能直接做向量乘加的 memory block。

    作为工程师,得开始关注内存技术的基础知识,比如各种非易失性存储的原理。还有存算一体的电路设计方法,以及 EDA 工具可能怎么变化——以后写 HDL 可能得直接描述内存阵列的计算行为,而不仅仅是连接逻辑。

    8小时前
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