采用 CPU,ASIC,FPGA和NP网络处理器的网络交换机体系结构的比较
ASIC与CPU、GPU、FPGA区别？
ASIC与CPU、GPU、FPGA区别？继4月初联发科宣布扩大ASIC产品阵线，推出业内首个7nm 56G PAM4 SerDes IP之后，4月24日，在联发科深圳办公室，联发科举行了一场小型的媒体会，联发科副总经理暨智能设备事业群总经理游人杰及联发科智能显示暨客制化芯片事业部行销处处长彭建凯首次揭秘了联发科的ASIC业务。
什么是ASIC芯片？近年随着以比特币为代表的虚拟货币市场的火爆，催生了一大批生产“挖掘”虚拟货币设备的“矿机”厂商，其中最为知名的要属比特大陆了。
而比特大陆之所以能够在矿机市场异军突起，则主要得益于其自主设计的针对比特币矿机的ASIC芯片。
因为相对于CPU、GPU来说，采用专用的ASIC芯片来“挖矿”更具效率。
以比特大陆的Antminer S9矿机为例，其内部集成了189个ASIC芯片（BM1387），而且采用的是台积电16nm FinFET制程。
同样，目前主流的矿机厂商都采用的是定制的ASIC芯片。
这也使得ASIC芯片开始被大众所熟知。
但是ASIC芯片并不仅仅能被用于“挖矿”，还被用于包括人工智能在内等众多领域。
那么什么才是ASIC芯片？它与我们常见的CPU、GPU等通用型芯片相比又有何不同？早在1981年3月，Sinclair公司推出了一款8位个人电脑ZX81，其所采用的Z80处理器则被认为是最早的ASIC原型。
实际上ASIC是Application-Specific In te grated Circuit（应用型专用集成电路）的缩写，是一种专用芯片，是为了某种特定的需求而专门定制的芯片的统称。
比如专用的音频、视频处理器，同时目前很多专用的AI芯片业可以看作是ASIC 的一种。
与CPU、GPU、FPGA相比如何？CPU与GPU都是我们常见的通用型芯片，它们在各自领域都可以高效地完成任务，但当同样应用于通用基础计算领域时，设计架构的差异直接导致了两种芯片性能的差异。
CPU作为通用处理器，除了满足计算要求，为了更好的响应人机交互的应用，它要能处理复杂的条件和分支，以及任务之间的同步协调，所以芯片上需要很多空间来进行分支预测与优化(control)，保存各种状态(cache)以降低任务切换时的延时。
FPGA期末复习大题库题库
FPGA期末复习大题库题库一、选择题1、在FPGA中，通常使用哪种编程语言进行编程？（A）Java；（B）C++；（C）Verilog；（D）Python。
2、FPGA的全称是什么？（A）Field Programmable Gate Array；（B）Static Random Access Memory；（C）Dynamic Random Access Memory；（D）General Purpose Computer。
3、在FPGA设计中，我们通常使用哪种硬件描述语言？（A）BCD；（B）Verilog；（C）VHDL；（D）All of the above.二、填空题1、FPGA的中文全称是_________。
2、FPGA是由_________的逻辑单元组成的。
3、在FPGA设计中，我们通常使用_________或_________硬件描述语言。
三、简答题1、简述FPGA的基本工作原理。
2、请描述一下FPGA在嵌入式系统中的应用。
3、请比较FPGA和ASIC的区别和优势。
四、编程题1、请编写一个简单的FPGA程序，实现一个四位二进制计数器。
2、请编写一个FPGA程序，实现一个四输入的AND门阵列。
五、设计题1、设计一个使用FPGA实现的数字频率计，可以测量输入信号的频率并显示结果。
2、设计一个使用FPGA实现的图像处理系统，可以识别输入图像中的特定物体并输出结果。
以上就是FPGA期末复习大题库题库的内容，包含了各种题型，从基础理论到实践应用，全方位地考察了学生对FPGA知识的掌握程度。
希望可以帮助学生们更好地进行FPGA的学习和复习。
管理学期末考试题库在管理学的世界里，知识是浩瀚的，而考试是让我们更好地理解和应用这些知识的关键途径。
以下是我们为管理学期末考试准备的题库，希望能够帮助大家进行最后的复习。
一、选择题1、在管理学中，以下哪个选项最能代表“激励”的概念？A.员工对工作的热情B.员工对工资的期待C.员工对公司的忠诚度D.员工对晋升的期望2、下列哪一项不是计划工作的基本步骤？A.确定目标B.分析环境C.制定实施计划D.确定资源需求3、在组织理论中，以下哪个选项不属于“古典组织理论”？A.泰勒的科学管理理论B.法约尔的行政管理理论C.韦伯的官僚组织理论D.梅奥的人群关系理论二、简答题1、请简述在决策过程中，如何平衡理性与直觉的冲突？2、请说明在计划工作中，如何进行风险评估以及相应的应对策略规划？3、请阐述在组织设计的过程中，如何平衡集权和分权的关系？4、请简述在领导理论中，交易型领导与变革型领导的区别及其优劣？5、请说明在激励理论中，马斯洛需求层次理论的主要内容以及应用。
FPGA、CPLD、ASIC、DSP、单片机的区别
1. FPGAFPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA 上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。
这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。
在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。
系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。
一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
什么是FPGA?简单来说，FPGA就是“可反复编程的逻辑器件”。
FPGA取自Field Programmable Gate Array的首个字母，代表现场(Field)可编程(Programmable)逻辑阵列(Gate Array)。
由于在产品发售后您仍然可以对产品设计作出修改，因此我们可以顺利地对产品进行更新以及针对新的协议标准作出相应改进。
相对于对售后产品设计无法进行修改的ASIC和ASSP来说，这是FPGA特有的一个优势。
由于FPGA 可编程的灵活性以及近年来科技的快速发展，FPGA也正向高集成，高性能，低功耗，低价格的方向发展，并具备了与ASIC和ASSP 同等的性能，被广泛地使用在各行各业的电子及通信设备里。
FPGA与CPLD的区别尽管很多人听说过CPLD，但是关于CPLD与FPGA之间的区别，了解的人可能不是很多。
--FPGA与ASIC的比较
简介FPGA与ASICFPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
亮点在于它的可编程性，这个给设计实现带来了很大的方便。
也为降低设计成本提供了可行方案，但是速度较之相同工艺的ASIC要慢。
ASIC（Application Specific Integrated Circuit），即专用集成电路，是一种为专门目的而设计的集成电路。
是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。
ASIC的特点是面向特定用户的需求， ASIC 分为全定制和半定制。
亮点在于专用，量身定制所以执行速度较快，比同等工艺的FPGA来说即比FPGA快，而且可以节省在FPGA中的一些没有使用的逻辑实现，大规模生产的话成本也会比FPGA低。
********************************************************************* FPGA与ASIC的比较:FPGA的基本特点主要有：FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。
现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件。
FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了即可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。
FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能。
☀FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
网络处理器(NP)与ASIC的比较
网络处理器与ASIC物美价廉是以太网能够战胜其他相关技术的核心竞争力，ASIC技术的发展功不可没。
网络处理器技术的发展给以太网带来更多的色彩。
两者携手让以太网更具生命力。
作为网络设备中主流的交换机和路由器，究竟应该采用基于网络处理器的架构还是应该采用ASIC 的架构，网络处理器和ASIC之间的争论是这一两年业界的焦点。
排除一些厂商出于市场宣传的因素，这两种技术之间互补使用会取得更好的效果。
网络处理器网络处理器（Network Processor，NP）是一种可编程器件，它特定地应用于通信领域的各种任务，比如包处理、协议分析、路由查找、声音/数据的汇聚、防火墙、QoS等。
网络处理器器件内部通常由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成，多个微码处理器在网络处理器内部并行处理，通过预先编制的微码来控制处理流程。
而对于一些复杂的标准的操作(如内存操作、路由表查找算法、QoS的拥塞控制算法、流量调度算法等)则采用硬件协处理器来进一步提高处理性能。
从而实现了业务灵活性和高性能的有机结合。
网络处理器具有的优势如下：1．高性能; 2．可以灵活扩展的硬件特性; 3．高可靠性; 4．丰富的流分类、拥塞管理、队列调度和QoS功能; 5．管理更加方便有效; 6. 可以实现灵活组合。
NP 的不足应该说，网络处理器较之ASIC最大的优势是灵活，开发周期相对较短。
网络处理器的性能相对于通用处理器有很大的提升，但是在高速数据包处理方面与ASIC仍有差距。
ASIC芯片众所周知的是对于特定的业务，能够同时提供极高的转发性能和较低成本的只有ASIC芯片了。
但由于ASIC的固定特性一直无法解决路由器对多业务支持的需求，ASIC芯片一旦产出后其原有的功能无法添加。
而如今核心网对核心路由器性能几乎无止境的需求迫使路由器的厂商和研究机构把目光投向了ASIC。
况且现在10G的ASIC芯片早已成熟，并且规模商用。
对于ASIC平台来说，最大的问题就是对多业务的灵活支持。
FPGA和ASIC比较谈
ASIC与FPGA比较谈专用集成电路(ASIC)采用硬接线的固定模式，而现场可编程门阵列(FPGA)则采用可配置芯片的方法，二者差别迥异。
可编程器件是目前的新生力量，混合技术也将在未来发挥作用。
与其他技术一样，有关ASIC技术过时的报道是不成熟的。
新的ASIC产品的数目可能有大幅度下降，但其销售额仍然相当高，尤其是在亚太区。
此外，采用混合式方法，如结构化ASIC，也为该技术注入了新的活力。
同时，FPGA(和其他可编程逻辑器件)也在发挥作用，赢得了重要的大众市场，并从低端应用不断向上发展。
每种技术都有它的支持者。
一般来说，ASIC用于大型项目，而对于需要快速投放市场且支持远程升级的小型项目，FPGA则更为适合。
ASIC和FPGA供应商对这两种技术孰优孰劣不能达成共识，对适合的应用领域也持不同看法。
上述技术及其衍生技术将可能在今后一段时间内长期存在。
Altera Corp的高密度FPGA高级总监David Greenfield指出，FPGA技术的主要优势仍是产品投放市场的时间较短。
他说：“在目前新增的设计方案中，对FPGA的选择倾向超过ASIC。
ASIC技术有其价值所在，它的性能、密度和单位容量都相当出色，不过随着FPGA的发展和ASIC的开发成本不断上升，将会导致ASIC的市场份额不断缩小。
”在上述趋势之后发挥作用的，正是FPGA在性能、密度和制造成本上的发展。
Greenfield指出，高性能曾经是ASIC超出FPGA的优势，当时FPGA在性能和功能上都较逊色。
随着芯片的制造工艺从180nm发展到130nm甚至90nm，上述情况发生了很大变化，现在FPGA的性能已经能够满足大多数应用的需要（要求最高的应用除外），而密度水平则达到逻辑设计的80%。
他解释说：“某些系统设计师也认识到，ASIC的市场领域在于极高性能/密度的产品，这种市场领域风险非常大。
NRE （非重复性工程设计）和开发成本对这种设备而言是最高的。
采用 CPU,ASIC,FPGA和NP网络处理器的网络交换机体系结构的比较
通用CPU,ASIC,FPGA和NP网络处理器这四种网络交换机体系结构的详细比较分析使用NP+ASIC的体系设计方式是最为完美的选择。
使用ASIC芯片高速处理各种传统的业务，如二层交换、三层路由、ACL、QoS以及组播处理等等，满足核心交换机对于交换机处理性能的需求；而利用NP实现各种非传统或未成熟的业务，根据需要灵活支持IPV6、Load Balancing、VPN、NAT、IDS、策略路由、MPLS、防火墙等多种业务功能，满足核心交换机对于业务按需叠加的需求……多层交换体系结构的引入有效地提高了局域网的速度，对多层交换体系结构排队模型、交换实施和交换结构等方面的了解，可以更深刻地认识到局域网交换机在性能上的提高。
首先明确几个基本概念：排队模型交换结构是指数据从一个端点到达另一个端点的“高速路”，排队是一种用于控制拥塞的缓冲机制，当交换结构出现拥塞时，会在很大程度上直接影响交换机的性能，所以进行拥塞管理是非常有必要的。
在多个端口争用同一个端口时就需要拥塞管理，对信息包进行排队处理。
排队可以采用动态缓冲区排队或固定缓冲区排队，其中动态缓冲区排队时缓冲区长度为固定增量（如每次64K字节），可以更有效地利用缓冲区资源；而固定缓冲区排序时缓冲区的长度是固定的，这样缓冲区的使用效率不高，但比定制控制器（custom conollers）成本低。
排队可以在交换结构的输入端口进行，即输入排队，也可在交换结构的输出端口进行，即输出排队。
在输入排队时，信息包在进入端口处得到缓冲，最高可将吞吐量减少60％，但会造成线路端阻塞；在输出排队时缓冲区设在输出端口，无线路阻塞，但在流量高峰期间会造成缓冲区溢出。
交换实施交换实施用来说明交换决策的地点和方式：是在本地还是在中央地点，是最长匹配还是准确匹配。
交换决策的地点是中央地点时，就是集中交换。
集中交换采用集中发送表，针对交换和识别提供集中控制，为达到实施的快速处理，查询由ASIC完成，集中交换可以执行第2层或第3层查询。
多核多线程与NP的区别
1、网络处理器NP的困境网络处理器NP是更加接近ASIC的处理器：期望能够达到接近ASIC的性能，同时又提供灵活的编程能力。
在不是十分复杂的网络应用中，网络处理器是比较适合的。
但是如果应用复杂的话，由于受限于一定的微码空间和不够灵活的业务处理流程，网络处理器就显得比较被动了。
使用网络处理器设计整个系统，会从一定程度上降低整个系统对于修改或者升级业务需求方面的响应速度，固定大小的微码空间也限制了应用的丰富性；不同的网络处理器对业务应用的适应性也存在各种各样的限制，对于真正的灵活业务应用，网络处理器还是缺乏必需的灵活变通的能力。
2 传统单核处理器发展的瓶颈图2 单核处理器发展的瓶颈处理性能高低与处理器、内存以及I/O外设访问的速度也是密切相关的。
从图中可以看出，在性能提升方面，处理器主频，内存访问速度以及I/O访问速度的发展十分不平衡。
处理器的主频每两年就要翻一番，而内存访问的速度要每六年才能提高一倍，而I/O访问的速度要提高一倍的话需要八年的时间。
所以处理器与I/O的发展不均衡已经对整机性能提升产生了很大的瓶颈，单纯依靠提高处理器主频来提升整个系统的性能已经不可行，因为大部分时间，CPU都在等待内存或者I/O访问的返回才能继续下一步的工作。
而高主频处理器的设计对生产制造工艺要求非常高，生产难度大，成品率也较低，因此造成生产的成本居高不下。
3 希望：多核处理器从用户角度看，他们需要的是一种编程简单，针对市场需求升级容易，而且能提供强大吞吐量的处理器产品。
因此，符合上述特征的新一代处理器产品及解决方案便成为市场争相追逐的焦点。
图3 微处理器的竞争布局从上图可以看到，对于网络设备而言，采用的微处理器有以下几类：1. 嵌入式CPU2. 通用CPU3. ASIC芯片4. 网络处理器（NP）从处理器的报文转发能力上看：通用CPU < 嵌入式CPU < 网络处理器 < ASIC而从四到七层业务处理能力上看：ASIC < 嵌入式CPU < 网络处理器 < 通用CPUl 通用CPU通用CPU一般指x86系列，主要厂家是Intel和AMD。
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通用CPU,ASIC,FPGA和NP网络处理器这四种网络交换机体系结构的详细比较分析
使用NP+ASIC的体系设计方式是最为完美的选择。
使用ASIC芯片高速处理各种传统的业务，如二层交换、三层路由、ACL、QoS以及组播处理等等，满足核心交换机对于交换机处理性能的需求；而利用NP实现各种非传统或未成熟的业务，根据需要灵活支持IPV6、Load Balancing、VPN、NAT、IDS、策略路由、MPLS、防火墙等多种业务功能，满足核心交换机对于业务按需叠加的需求……
多层交换体系结构的引入有效地提高了局域网的速度，对多层交换体系结构排队模型、交换实施和交换结构等方面的了解，可以更深刻地认识到局域网交换机在性能上的提高。
首先明确几个基本概念：
排队模型
交换结构是指数据从一个端点到达另一个端点的“高速路”，排队是一种用于控制拥塞的缓冲机制，当交换结构出现拥塞时，会在很大程度上直接影响交换机的性能，所以进行拥塞管理是非常有必要的。
在
多个端口争用同一个端口时就需要拥塞管理，对信息包进行排队处理。
排队可以采用动态缓冲区排队或固定缓冲区排队，其中动态缓冲区排队时缓冲区长度为固定增量（如每次64K字节），可以更有效地利用缓冲区资源；而固定缓冲区排序时缓冲区的长度是固定的，这样缓冲区的使用效率不高，但比定制控制器（custom conollers）成本低。
排队可以在交换结构的输入端口进行，即输入排队，也可在交换结构的输出端口进行，即输出排队。
在输入排队时，信息包在进入端口处得到缓冲，最高可将吞吐量减少60％，但会造成线路端阻塞；在输出排队时缓冲区设在输出端口，无线路阻塞，但在流量高峰期间会造成缓冲区溢出。
交换实施
交换实施用来说明交换决策的地点和方式：是在本地还是在中央地点，是最长匹配还是准确匹配。
交换决策的地点是中央地点时，就是集中交换。
集中交换采用集中发送表，针对交换和识别提供集中控制，为达到实施的快速处理，查询由ASIC完成，集中交换可以执行第2层或第3层查询。
在分布式交换时，交换决策由端口或模块在本地进行，其第2层和第3层表必须实现同步化，以便说明添加、移动或修改。
交换实施还可分为基于流量的交换和基于转发信息库的交换。
基于流量的交换是基于需求的交换，入口包含源地址、目标地址和/或第4
层信息，处理的第一个信息包由路径处理器交换，此流中后面的信息包由路径高速缓存交换，流量高速缓存决策在本地和/或中央进行，所有信息包都在第3层交换。
基于转发信息库的交换是基于拓扑的交换，高速缓存根据路由表而非流量预装来进行。
信息包进入路由器无需过程交换，决策支持在本地或中央进行，与交换结构无关。
交换结构
交换结构包括两个层面的内容，其一是总线，其二是共享内存。
采用单个总线时，FDDI上行链路模块、ATM上行链路模块、以太网交换模块和快速以太网交换模块都连到一个中央结构元素（cenal fabric element）上，每个端口必须为接入仲裁，采用单个总线易于进行广播和多点广播，但容易造成过载。
采用交叉总线结构时，多条输入总线可实现纵横结构的建立，一般情况下不会造成阻塞。
但在进行广播和多点广播时比较复杂，如进行查阅表的转发时。
交换机内部有一个内存库（memory pool），交换机的各个模块一起来共享这一内存库。
其中到内存的交换输入由ASIC管理，交换核心（switching core）执行查阅功能，将目标地址分解到内存中的指针，然后交换信息包。
其中缓冲区可以为固定式或动态式，如果体系结构无阻塞，所需缓冲区就可以少一些。
处理性能是用户在选择核心交换机时最为关注的一点。
同时，由于用户的网络环境纷繁多样，总处在不断的发展和变化之中。
如何应对未来的发展和变化？如何应对用户多种不同环境的挑战？这些都对核心交换机灵活支持各种不同的业务提出了挑战，业务按需叠加的能力成为必然，同时，业务的叠加不应影响核心交换机的处理性能，也就是在设计时应该考虑到业务和性能并重的要求。
针对这种情况，业内采取了NP+ASIC的设计方式，这种体系结构完美地满足了强大处理能力、业务按需叠加、业务和性能并重的现代核心交换机设计需求，成为目前核心交换机设计中最为重要的发展方向。
交换机的体系结构在很大程度上决定了其处理能力和业务支持能力。
目前，业内主要有以下几种常用的技术：
1 通用CPU的优点是功能易扩展，理论上可以实现任何网络功能，但缺点是性能低下。
所以，在交换机的体系结构设计中，通用CPU一般仅用于网络设备的控制和管理。
2 ASIC芯片可以使用硬件方式实现性能极高的多种常用网络功能，
单颗芯片就可以实现几百MPPS以上的处理能力。
但ASIC芯片一旦开发完毕就很难继续扩展其他应用了，新功能的添加需要芯片研发公司花费较长开发周期。
所以，ASIC芯片最合适应用于处理网络中的各种成熟传统功能。
3 FPGA是可以反复编程、擦除、使用以及在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同功能的一种门阵列芯片，可以在一定程度上灵活地扩展业务处理类型。
但可惜的是，FPGA由于技术的限制，发展至今其处理能力还是非常有限的（今年6月份业界推出了10G处理能力的FPGA，但还未得到大规模的成熟应用），造成了FPGA无法很好地同时处理多种协议，不能满意地胜任复杂业务扩展。
所以，在交换机体系结构中，FPGA一般仅应用于少量简单协议的扩展。
4 NP网络处理器内部由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成。
近几年，NP技术得到了长足的发展，使得NP保留了ASIC高性能处理数据的特性（2002年业界就出现了10G的NP产品，现在业界还出现了少量的40G处理能力的NP产品）。
同时，NP通过众多并行运转的微码处理器，能够通过微码编程进行复杂的多业务扩展。
NP技术的不足是网络厂商使用NP进行产品设计时需要投入大量的相关开发人员，各厂家的NP需要统一标准，无法进行开发经验的复制，同时NP的性能和ASIC相比依然还存在一些差距，所以NP网络处理器被应用于高端网络产品复杂的多业务扩展，但并不用于网络传统功能的
实现。
无疑，通过对几种体系设计技术的分析可以看出，使用NP+ASIC的体系设计方式是最为完美的选择。
使用ASIC芯片高速处理各种传统的业务，如二层交换、三层路由、ACL、QoS以及组播处理等等，满足核心交换机对于交换机处理性能的需求；而利用NP实现各种非传统或未成熟的业务，根据需要灵活支持IPV6、Load Balancing、VPN、NAT、IDS、策略路由、MPLS、防火墙等多种业务功能，满足核心交换机对于业务按需叠加的需求；同时NP接近ASIC的高效特性又保障了多业务提供的高性能，依然保持了核心交换机对于强大处理能力的需求。