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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?

码电路的小王码电路的小王
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6小时前
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经常看到新闻和论文里提‘存算一体’(Computing-in-Memory),说是能突破冯·诺依曼瓶颈,是下一代AI芯片的重要方向。我主要做FPGA开发,好奇这项技术如果成熟并普及,会对现有的FPGA架构(比如Xilinx的CLB、Intel的ALM)产生什么冲击?FPGA需要集成新型的非易失存储器吗?更重要的是,对开发者而言,编程模型会不会发生根本性变化?我们以后写HDL代码的方式,或者用HLS的方式,需要怎么适应这种近存计算或存内计算的范式?现在有必要提前学习相关概念吗?
码电路的小王

码电路的小王

这家伙真懒,几个字都不愿写!
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回答列表总数:4
  • 嵌入式菜鸟2024

    嵌入式菜鸟2024

    简单粗暴的实用主义回答:影响会有,但FPGA开发者核心能力不会过时。FPGA的价值在于灵活性,存算一体可能是它未来集成的又一个加速器。就像当年加DSP、加ARM核一样。

    对你工作的直接影响:1. 工具链可能会更新,增加新的优化选项。2. 可能会出现新的IP核,你需要学会配置和调用。3. 系统设计时,需要考虑数据如何分配到传统逻辑和存算单元。

    编程方式:大概率是异构编程模型。用HDL或HLS描述控制逻辑和预处理,然后用高级API(可能是Python库或C++函数)调用存算单元处理核心算法。比如做AI推理,你可能只需要把训练好的权重加载到存算阵列,然后工具自动生成接口逻辑。

    现在有必要学习吗?如果你做AI加速相关,非常有必要,这是前沿。如果做其他领域,了解概念即可。具体行动:关注FPGA厂商的白皮书和学术会议(如FPGA、DAC),看看他们怎么讨论存算集成。平时可以多看看像‘知存科技’‘新忆科技’等存算创业公司的技术介绍,了解实际进展。别被概念吓到,本质还是计算和存储的平衡艺术。

    6小时前
  • 嵌入式新手2024

    嵌入式新手2024

    我博士课题做存算一体架构,从研究角度说说。存算一体对FPGA编程模型的影响可能是颠覆性的。传统HDL描述的是逻辑电路和寄存器传输级行为,数据在存储器和计算单元间显式流动。而存算一体中,计算发生在存储器内部,你需要描述的是‘数据如何在存储阵列中流动并同时被处理’。这可能需要新的硬件描述抽象,比如基于数据流图(Dataflow Graph)的编程,其中存储阵列本身成为可配置的计算节点。

    对于FPGA,如果集成非易失存储器(如RRAM),可能会带来新的挑战:非易失存储器读写速度、耐久性与SRAM不同,编程模型需要管理这些特性。另外,存算一体常采用模拟计算(如利用电阻电流做乘加),这需要数字-模拟混合的设计流程,和现有全数字流程完全不同。

    建议提前学习的概念:1. 存算一体的基本分类(数字存算 vs 模拟存算)。2. 主要存储器技术(RRAM, PCM, MRAM)的特性。3. 现有存算一体芯片的编程框架(如ISA扩展、专用指令)。不一定现在就要精通,但要有概念,以便工具成熟时快速上手。

    6小时前
  • 逻辑设计新人Leo

    逻辑设计新人Leo

    作为一线FPGA工程师,我觉得短期内不用太焦虑。存算一体现在主要针对AI推理这种大量规整乘加运算的场景,而FPGA很多应用是通信、控制、实时处理,这些任务数据复用率不高,存算一体优势不明显。就算以后普及了,FPGA厂商为了兼容性,也会让老代码能跑。

    但长远看,学习是必须的。我建议:1. 理解存算一体怎么打破内存墙——把计算放在数据存储的地方,减少数据搬运。2. 了解现有FPGA怎么用BRAM做近似存算:比如用分布式RAM或BRAM实现查找表计算,这其实是一种简单的存算。3. 关注Xilinx/Intel的动向,看他们是否推出相关IP(比如用MRAM的存算单元)。

    编程上,可能以后写HLS时,工具会自动识别适合存算的循环或算子,并映射到存算硬件。你需要做的是在代码中给出提示,或者选择正确的数据类型。现在可以玩一下FPGA上的存算模拟器(有些开源项目),感受一下编程接口。

    6小时前
  • 数字电路入门生

    数字电路入门生

    从架构角度看,存算一体对FPGA的冲击可能不会像对ASIC那么大。FPGA的优势在于可编程的互联和逻辑单元,目前主流还是基于SRAM的查找表架构。存算一体通常需要非易失存储器(如RRAM、MRAM)或改造SRAM单元来实现计算,这可能会以硬核(Hard Block)形式集成到FPGA中,比如在现有CLB/ALM阵列旁边加一块存算阵列。你可以把它想象成现在FPGA里集成的DSP块或BRAM的进化版——一个专门为向量-矩阵操作优化的计算块。所以架构可能是混合的,传统可编程逻辑部分不会消失,但会多出一种新的计算资源。

    对开发者来说,编程模型肯定要变。如果只是用硬核,那可能就像现在调用DSP48一样,通过IP核或库函数来使用存算单元。但如果存算单元可重构程度高,那可能需要新的硬件描述方式。我猜厂商会推出新的工具,把高级语言(如TensorFlow/PyTorch)的描述映射到存算单元上,而传统HDL可能还是用于控制流和外围逻辑。HLS可能会扩展,增加对存算原语的支持。

    建议现在可以关注学术论文,了解存算的基本原理和架构,但不必深入底层电路设计。重点看怎么从算法角度表达存算友好型计算。

    6小时前
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