ซีพียูและ GPU ครองฉากฮาร์ดแวร์กระแสหลัก ดังนั้นจึงมักจะลืมได้ง่ายว่ามีกระบวนทัศน์การคำนวณอื่นๆ ที่ใช้ในแอปพลิเคชันเฉพาะทางมากกว่า ยกตัวอย่างเช่น FPGA ย่อมาจาก field-programmable gate array
FPGA กับ ASIC
CPU และ ASIC (วงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน) เป็นสองขั้วตรงข้ามของสเปกตรัมการคำนวณ ตามชื่อที่แนะนำ ASICs เป็นชิ้นส่วนของซิลิกอนที่มีสายแข็งและมีไว้เพื่อเรียกใช้อัลกอริธึมเฉพาะ ชิปเหล่านี้เป็นชิปที่เร็วและมีประสิทธิภาพมากที่สุด เนื่องจากทำเพียงสิ่งเดียวที่ผลิตขึ้นเท่านั้น แต่ด้วยเหตุนี้ ชิปเหล่านี้จึงไม่มีความยืดหยุ่นในการรันอัลกอริธึมอื่นๆ ในขณะเดียวกัน CPU สามารถตั้งโปรแกรมได้อย่างอิสระเพื่อเรียกใช้ซอฟต์แวร์ใดๆ
FPGA อยู่ระหว่างสุดขั้วทั้งสอง ที่แกนหลัก FPGA ประกอบด้วยองค์ประกอบลอจิก (LE) หรือเกทอาร์เรย์หลายล้านรายการ ซึ่งเป็นส่วนสุดท้ายของชื่อ FPGA ที่อ้างถึง องค์ประกอบลอจิกเป็นเพียงตารางค้นหา (หรือที่เรียกว่าตาราง LUT หรือตารางความจริง) ที่เก็บเอาต์พุตสำหรับชุดค่าผสมอินพุตที่เป็นไปได้ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น LUT แบบ 2 บิตสามารถมีอินพุตที่แตกต่างกันสี่แบบ: 00, 01, 10 และ 11 ตารางค้นหาจะบอกคุณว่าฟังก์ชันบูลีนได้รับการประเมินว่าเป็นจริงหรือเท็จสำหรับอินพุตที่เป็นไปได้แต่ละรายการ พูดง่ายๆ ก็คือ FPGA จะค้นหาคำตอบ แทนที่จะต้องดึง ถอดรหัส และดำเนินการตามคำสั่งต่างๆ เหมือนกับที่ CPU ใช้งานทั่วไปจะทำ
องค์ประกอบลอจิกเหล่านั้น (aka เกทอาร์เรย์) สามารถตั้งโปรแกรม (กำหนดค่าใหม่) ได้ตลอดเวลา ‘ในฟิลด์’ ซึ่งเป็นที่มาของชื่อส่วน นั่นหมายความว่าสามารถอัปเดตอัลกอริธึมได้ หรือ FPGA ยังสามารถกำหนดวัตถุประสงค์ใหม่ได้อย่างรวดเร็วสำหรับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ความสามารถในการตั้งโปรแกรมนี้ยังช่วยลดเวลาในการออกสู่ตลาดอย่างมากเมื่อเทียบกับ ASIC แบบมีสาย
โดยสรุป FPGA นั้นรวดเร็วและมีประสิทธิภาพเพราะสามารถปรับให้เหมาะสมสำหรับอัลกอริธึม และความสามารถในการตั้งโปรแกรมทำให้มีความยืดหยุ่นมาก FPGA ระดับไฮเอนด์มีองค์ประกอบลอจิกดังกล่าวหลายล้านรายการ
FPGA ใช้อะไร?
FPGA ใช้สำหรับแอปพลิเคชันทุกประเภท ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น สมาร์ทโฟน ยานยนต์ไร้คนขับ กล้องและจอแสดงผล การประมวลผลภาพและวิดีโอ และระบบรักษาความปลอดภัย นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์หลายอย่าง เช่น ในเซิร์ฟเวอร์และตลาดแนวตั้งต่างๆ รวมถึงในอวกาศและการป้องกันประเทศ สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ และระบบการเงินแบบกระจาย
IP อื่นใน FPGA
นอกเหนือจาก LE และรีจิสเตอร์ (หน่วยความจำ) FPGA ยังมีบล็อกฮาร์ดแวร์อื่นๆ อีกสองสามบล็อก เนื่องจากแอปพลิเคชันจำนวนมากต้องการความสามารถในการลดจำนวน FPGA ระดับไฮเอนด์จึงเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพจุดทศนิยมและจำนวนเต็มสูงโดยมี DSP (ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล) หลายพันตัว ซึ่งช่วยให้สามารถแข่งขันหรือแม้กระทั่งเหนือกว่า GPU ในเมตริก FLOPS
FPGA ไม่เพียงแต่ประมวลผลข้อมูลเท่านั้น แต่ยังย้ายข้อมูลจำนวนมากซึ่งมีตัวรับส่งสัญญาณด้วย FPGA ที่มีความสามารถมากที่สุดของ Intel ให้แบนด์วิดธ์ 8Tbps จากตัวรับส่งสัญญาณ 144 58G ที่เชื่อมต่อผ่านเทคโนโลยีการบรรจุหีบห่อ EMIB (embedded multi-die interconnect bridge)
สุดท้าย FPGA ยังมีทรัพย์สินทางปัญญาที่ร้ายแรง ตัวอย่างเช่น สามารถมีอินเทอร์เฟซ PCIe หรือแกนประมวลผลจาก Arm CPU
บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของ Tom’s Hardware Glossary
อ่านเพิ่มเติม:
คู่มือการซื้อซีพียู
ซีพียูที่ดีที่สุดสำหรับแอพพลิเคชั่นเดสก์ท็อป
สุดยอดซีพียูสำหรับเล่นเกม
ซีพียูราคาถูกที่ดีที่สุด ผ่านการทดสอบและจัดอันดับ
ลำดับชั้นของ CPU: โปรเซสเซอร์ Intel และ AMD อยู่ในอันดับที่
