FPGA与GPU的区别本质上是体系结构的区别

mengtaiqi

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CPU、GPU 都属于冯·诺依曼结构，指令译码执行、共享内存。
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FPGA 本质上是无指令、无需共享内存的体系结构。

) R5 y+ X6 u; Y6 [( U) oCPU与FPGA区别之（指令）：
# p* P1 S+ V2 B6 x% [$ a& XCPU结构——有指令：
冯氏结构中，由于执行单元（如 CPU 核）可能执行任意指令，就需要有指令存储器、译码器、各种指令的运算器、分支跳转处理逻辑。
- q& P. J& Z$ }# h8 h3 d由于指令流的控制逻辑复杂，不可能有太多条独立的指令流，
因此 GPU 使用 SIMD（单指令流多数据流）来让多个执行单元以同样的步调处理不同的数据，CPU 也支持 SIMD 指令。
4 l/ z: ^0 |5 L! D) _: SFPGA结构——无需指令：
; I& [' a, S$ V+ g6 c. W而 FPGA 每个逻辑单元的功能在重编程（烧写）时就已经确定，不需要指令。

CPU与FPGA区别之（内存）
3 d) j9 i! U: q* |% t4 Q. j( ?CPU结构——仲裁与共享内存：
6 W3 [! B, ]* }4 h0 E冯氏结构中使用内存有两种作用。一是保存状态，二是在执行单元间通信。
由于内存是共享的，就需要做访问仲裁；
& b! \: J. |8 _6 e7 N+ S. H为了利用访问局部性，每个执行单元有一个私有的缓存，这就要维持执行部件间缓存的一致性。
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4 D. _" V5 C* ]9 S% GFPGA结构——无需仲裁与共享内存：
对于保存状态的需求，FPGA 中的寄存器和片上内存（BRAM）是属于各自的控制逻辑的，无需不必要的仲裁和缓存。
对于通信的需求，FPGA 每个逻辑单元与周围逻辑单元的连接在重编程（烧写）时就已经确定，并不需要通过共享内存来通信。
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FPGA 同时拥有流水线并行和数据并行，而 GPU 几乎只有数据并行（流水线深度受限）。
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FPGA流水线与数据并行处理：
* U2 {1 V6 M5 n( U# G/ H7 s例如：处理一个数据包有 10 个步骤，FPGA 可以搭建一个 10 级流水线，流水线的不同级在处理不同的数据包，每个数据包流经 10 级之后处理完成。每处理完成一个数据包，就能马上输出。

GPU数据并行处理：
2 o5 F2 f* g+ q而 GPU 的数据并行方法是做 10 个计算单元，每个计算单元也在处理不同的数据包，
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  ~( e0 [5 p; P+ o然而所有的计算单元必须按照统一的步调，做相同的事情（SIMD，Single Instruction Multiple Data）。
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这就要求 10 个数据包必须一起输入、一起输出，输入输出的延迟增加了。

总结一句话，很多算法如果用纯软件实现，需要很多条指令才能完成，
8 V% ~7 q3 F- I0 _0 d7 p0 F* Y0 w如果用FPGA，只需要在有限个时钟周期即可完成，速度快的不是一点半腥。

Touuqu

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