arm，asic，dsp，fpga，mcu，soc各自的特點

人工智能受到越來越多的關注，許多公司正在積極開發能實現移動端人工智能的硬件，尤其是能夠結合未來的物聯網應用，對于移動端人工智能硬件的實現方法，有兩大流派，即FPGA派和ASIC派。FPGA流派的代表公司如Xilinx主推的Zynq平臺，而ASIC流派的代表公司有Movidius。SOC就是單片系統，主要是器件太多設計復雜，成本高，可靠性差等缺點，所以單片系統是一個發展趨勢。ARM 即Advanced RISC Machines的縮寫,既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。

1、FPGA——現場可編程門陣列

FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

FPGA最厲害的地方是，我們可以配置它的可編程架構來實現任意我們需要的數字功能組合。另外，我們可以以大規模并行的方式實施算法，這意味著我們可以非常迅速和有效地執行大數據的處理。

FPGA的特點如下：

（1）采用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。

（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

（4）FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。

（5）FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

CPU芯片內部架構最復雜，不可以硬件編程，但是可以通過外部的編程軟件來編寫實現各種功能的軟件，具備最高的靈活性，和最低的處理效率。CPU也被稱為通用集成電路。

2、ASIC——特定應用集成電路

目前，在集成電路界ASIC被認為是一種為專門目的而設計的集成電路。是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路。ASIC的特點是面向特定用戶的需求，ASIC在批量生產時與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優點。

讓我們從特定應用集成電路（ASIC）開始。正如其名稱所表示的，這是因特定目的而創建的設備，一旦設計制造完成后電路就固定了，無法再改變。當大多數人聽到這個詞ASIC時，他們的“下意識”反應是，假設它是數字設備。事實上，不論它是模擬的、數字的，或兩者的混合，任何定制的芯片都是一個ASIC。然而，對于這些討論的目的，我們應該假設這是一個完全或主要部分是數字性質的芯片，任何模擬和混合信號功能是沿著物理接口線（物理層）或鎖相回路（PLL）的。

3.? SoC芯片

SoC芯片是一種集成電路的芯片，可以有效地降低電子/信息系統產品的開發成本，縮短開發周期，提高產品的競爭力，是未來工業界將采用的最主要的產品開發方式。

SoC技術的一大關鍵優勢是它可以降低系統板上因信號在多個芯片之間進出帶來的延遲而導致的性能局限，它也提高了系統的可靠性和降低了總的系統成本。此外，在PCB板空間特別緊張和將低功耗視為第一設計目標的應用中，如手機，SoC常常是唯一的高性價比解決方案。

SoC特點

1）實現復雜系統功能的VLSI； 采用超深亞微米工藝技術；

2）使用一個以上嵌入式CPU/數字信號處理器（DSP）；

3）外部可以對芯片進行編程。

SOC包含三大核心

1）邏輯核：CPU、時鐘電路、定時器、中斷控制器、串并行接口、其它外圍設備、I/O端口以及用于各種IP核之間的粘合邏輯等；

2）存儲器核：各種易失、非易失以及Cache等存儲器；

3）模擬核：ADC、DAC、PLL以及一些高速電路中所用的模擬電路。

4. ARM

ARM處理器是Acorn有限公司面向低預算市場設計的第一款RISC微處理器。全稱為Acorn RISC Machine。ARM處理器本身是32位設計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節省達35%，卻能保留32位系統的所有優勢。

ARM處理器的三大特點是:耗電少功能強、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。

1）體積小、低功耗、低成本、高性能;

2）支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集,能很好的兼容8位/16位器件;

3）大量使用寄存器,指令執行速度更快;

4）大多數數據操作都在寄存器中完成;

5）尋址方式靈活簡單,執行效率高;

6）指令長度固定。

5. MCU

微控制單元(Microcontroller Unit；MCU) ，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer )或者單片機，是把中央處理器(Central
Process Unit；CPU)的頻率與規格做適當縮減，并將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

6. DSP

數字信號處理，簡稱DSP，是面向電子信息學科的專業基礎課，它的基本概念、基本分析方法已經滲透到了信息與通信工程，電路與系統，集成電路工程，生物醫學工程，物理電子學，導航、制導與控制，電磁場與e69da5e6ba90e799bee5baa631333361313239微波技術，水聲工程，電氣工程，動力工程，航空工程，環境工程等領域。

7. 區別

1）SoC與FPGA

由于FPGA內部也可實現軟核（CPU），所以這時FPGA也算是SoC了。
2）SoC與ASIC

嚴格意義上來講，SoC也可以是ASIC，當某一SoC結構穩定后，可作為ASIC來批量生產。一般來講，SoC帶有CPU和一些外設。ASIC一般是指IP核的設計，也就是某一功能模塊，如USB，DDR控制器等。

3）功耗

ARM:?可以說ARM之所以在移動市場上得到極大的成功，其中最主要的原因便是它的低功耗。眾所周知的是在移動市場上的電子產品對處理器的功耗是十分敏感的，在過去PC平臺上處理器的功耗在幾十W到上百W不等，這樣的功耗放在移動平臺上是不可想像的，ARM在主頻1G的情況下功耗才幾百mW,強勁的低功耗使它能適應移動電子產品。

DSP：在與非網的一組數據上顯示，在數字信號處理方面的市場占有率DSP與FPGA各得半壁江山。DSP相對于FPGA的一個優勢是它的功耗相對較低，DSP生產廠商通過提高處理器的主頻、努力降低功耗來保證它的市場占有率，因為在高性能的數字處理市場上FPGA似乎更占有優勢。如果單純從DSP領域上來看，DSP在功耗上、性能上做得最好的要數TI公司，TI公司的DSP處理器相對其它的DSP廠商生產的處理器成本更低、功耗更低，所以TI的DSP芯片更在競爭力。

MCU：MCU面世時間最長，各種廠商都有它們自己的架構與指令集，如果從低功耗方面來看，TI的MSP430型MCU做得相對較好。

FPGA：FPGA由于它的內部結構原因造成它的功耗相對較高、芯片發熱量大，這也是它的一個缺點。但這也是不可避免的，在支持高性能的并發計算數字電路，且內部的邏輯門大都采用標準的寬長比，最終生成的數字電路必然會在功耗上無法與ASIC等專用處理器比較。

SOC：由于SOC自身的靈活性，它將多個器件集成到一個極小的芯片上從而組成一個系統，SOC系統相對于MCU等處理器組成的系統來說，它在功耗上具有優勢。并且，SOC芯片可在版圖層面上結合工藝、電路設計等因素對系統的功耗進行系統的優化，這樣比由現今外圍的PCB版搭建出來的系統功耗更低，占用面積更小。

4）速度

ARM隨著市場應用的需求提高，ARM廠商紛紛通過優化來提高它的主頻，提升它的性能。從開始的100Mhz到驚人的2.3Ghz，ARM主頻以驚人的速度向前發展。

DSP現今最快的主頻能達到1.2Ghz。當然不能單純從主頻判斷它的性能會比ARM差，DSP具有單時鐘周期內完成一次乘法和一次加法的能力，一般的ARM不具備這樣的能力，DSP在計算領域優勢尤其明顯，所以TI結合了ARM和DSP兩者的優勢，生產出達芬奇異構芯片，當然這是屬于SOC的范疇了。

MCU作為低端的應用處理器，它的主頻從數M到幾十Mhz不等。

FPGA主頻時鐘最高可達幾Ghz甚至上10Ghz，當然它的成本也不菲。如果將FPGA與ARM、DSP等作為比較，從主頻上進行比較是沒有多大意義的，畢竟并行計算的能力要遠遠超出一般通用的處理器采用的串行計算幾十倍。如同樣的一個濾波算法在主頻為100Mhz的FPGA上實現要比在主頻為1Ghz的ARM上實現仍要快。

總結

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