FPGA（Field Programmable Gate Array）& CNN

 通用系统架构

目前主流FPGA芯片生产商有因特尔（Intel）和赛灵思（Xilinx），这两家厂商均有自己的一套驱动和FPGA设计的标准，因此需要设计一个通用系统架构去适配不同厂商的接口，并灵活的进行扩展。这主要体现需要兼容不同的总线互联标准、不同的IP接口和时序等。

由于赛灵思一般采用的AXI总线互联，而因特尔则是采用CCIP或者Avalon总线进行系统各功能模块互联，因此在静态区域需要增加一个总线适配模块，完成从CCIP或者Avalon到AXI总线的转换，这样只要用户的IP满足AXI总线，就可以方便的移植到不同平台中。

IP主要指的是FPGA厂商为了缩短用户的开发时间，提供给用户的不同类型功能模块。例如常见的ROM/RAM/FIFO等部件，不同的厂商往往在接口和时序存在比较大的差异，这对于用户的设计和集成是一件头疼的事情。为了最大限度减少用户的二次开发，采用一个统一的wrapper进行封装，提供一个通用的外部接口和遵循业界常用的时序标准，隐藏内部各家厂商的实现细节。

支持C/C++/OpenCL开发

传统FPGA硬件开发采用硬件描述语言（Hardware Description Language，简称：HDL）进行开发，它是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从顶层到底层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统，经过综合工具转换到门级电路网表。然而这要求设计人员必须必须对硬件架构，电路具体结构和工作原理有深入理论和实践知识，让很多软件开发者望而却步。

增加高级系统语言的支持，让软件开发人员即便之前没有FPGA使用经验，也能受益于 FPGA平台的优势。集成设计环境不仅可提供编码模板和软件库，而且还能对各种开发目标进行编译、调试和特性分析。基于CPU或者GPU 开发能够轻松迁移到 FPGA 上，同时还可在他们熟悉的工作流程中维护和复用OpenCL、C和C++代码。这样能让设计人员能够集中精力定义算法，而不是重点关注硬件设计的具体电路结构和时序。同时OpenCL编译器将相同的高级描述转换为流水线，从而发挥了FPGA器件的优势。它能够大幅度提高性能，同时降低了功耗。此外，与使用HDL的传统FPGA开发方法相比，使用OpenCL/C/C++进行软件、算法等开发能够缩短产品的开发时间，让更多的软件开发者能够使用FPGA进行开发。

使用OpenCL描述来开发FPGA设计，与基于HDL设计的传统方法相比，具有很多优势。开发软件可编程器件的流程一般包括进行构思、在C等高级语言中对算法编程，然后使用自动编译器来建立指令流。面向OpenCL的SDK提供了设计环境，很容易在FPGA上实现OpenCL应用。

 

“CPU+FPGA”新架构

英特尔......把FPGA集成到处理器中，结合通用处理器及专用电路的优势，这样就能最大限度发挥软件灵活性以及FPGA定制硬件在性能上的优势。这种定制处理器以Xeon（至强）处理器为基础，首次在单一封装内集成了FPGA可编程阵列电路，插槽兼容标准的Xeon E5处理器。它的性能很强悍，根据业界标准的FPGA加速测试，其性能提升了10倍，而且接口延迟更低，一致性更好。

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深度卷积神经网络（CNN）在多个计算机视觉任务上取得了优秀的性能，包括图像分类、目标检测和语义分割。CNN 的高准确率是以极大的计算复杂度为代价的，因为它需要对特征图中的所有区域进行综合评估。为了解决如此巨大的计算压力，研究者使用 GPU、FPGA 和 ASIC 等硬件加速器来加速 CNN 。其中，FPGA 因其高性能、低能耗和可重配置性成为有效解决方案。更重要的是，使用 C 或 C++的高级综合（High Level Synthesis，HLS）大幅降低了 FPGA 的编程障碍，并提高了生产效率

目前能够进行神经网络加速的FPGA ，xilinx 的UltraScale K/V/Zynq系列是比较合适的，但是这些属于高端FPGA，当然，不是说中低端不行，而是以目前主流网络和现有的优化手段，在资源较少的FPGA 上进行加速难度较大，而高端FPGA 价格都比较高，所以必须得考虑成本问题。
 

 

 

RF:

1 腾讯FPGA云-背后的技术

2 商汤联合提出基于 FPGA 的快速 Winograd 算法：实现 FPGA 之上最优的 CNN 表现与能耗

3 FPGA的CNN加速，你怎么看？

 

CNN唯一开源FPGA实现下载

PipeCNN: An OpenCL-Based Open-Source FPGA Accelerator for Convolution Neural Networks
相关下载链接：//download.csdn.net/download/zuoph/10385538?utm_source=bbsseo