详细总结SoCDSPMCUGPU和FPGA等基础概念

Posted 2022-08-07 快乐的学习

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• • 简介
  • 详细介绍
  • • FPGA
    • SoC
    • DSP
    • MCU
    • CPU
    • GPU
    • NPU
    • TPU
    • MPU

简介

FPGA是现场可编程门阵列：Field－Programmable Gate Array
SOC是片上系统集成：system on chipset
DSP是数字处理器：Digital Signal Processing
MCU是微处理器：micro control unite
CPU中央处理器（Central Processing Unit）
GPU图形处理器（Graphics Processing Unit）
NPU嵌入式神经网络处理器
MPU，微处理器和内存保护单元
芯片分类图如下：

详细介绍

FPGA

FPGA(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。它是作为专门集成电路（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，有克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA芯片主要由三部分组成，分别是IOE(输入输出单元)、LAB(逻辑阵列块)和interconnect(内部连接线)。

SoC

一般来说，SoC称为系统级芯片，也有称为片上系统。是指一个将计算机或其他电子系统集成单一芯片的集成电路。系统芯片可以处理数字信号、模拟信号、混合信号甚至更高频率的信号。系统芯片常常应用在嵌入式系统中。系统芯片的集成规模很大，一般达到几百万门到几千万门。MCU只是芯片级芯片，SOC是系统级芯片，它既像MCU那样有内置RAM，ROM的同时，又像MPU那样强大的不单单是放简单的代码，而是可以放系统级代码，也就是说可以运行操作系统。将MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一。SoC相对比较灵活，它可以将arm架构的处理器与一些专用的外围芯片集成到一起，组成一个系统。其实现有的Hisi-3507、hisi3516等处理器都是一个SoC系统。

DSP

又名数字信号处理器，它是一种专用于实时的数字信号处理的微处理器。结构上它采用哈弗结构，同样采用流水线技术。此外，DSP被用于宿主环境时可作为直接内存存取设备运作，还支持从模拟数字转换器（ADC）获得数据，最终输出的是由数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号的数据，支持一定的并行处理。
手机、数码相机等以声音和图像信号处理为主要任务的嵌入式应用中，DSP有两种解决方案。一种是DSP经过单片化和电磁兼容改造，在同一芯片中集成了包括数字基带，SRAM,射频、电源管理等功能部件，成为专门的嵌入式DSP；另一种是在通用微处理器中扩展DSP功能。或者在单片机（或SoC）中增加DSP协处理器内核。

MCU

微控制单元(Microcontroller Unit) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。

CPU

中央处理器（Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

GPU

图形处理器（Graphics Processing Unit），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上图像运算工作的微处理器。用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，也是“人机对话”的重要设备之一。显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，承担输出显示图形的任务，对于从事专业图形设计的人来说，显卡非常重要。

NPU

嵌入式神经网络处理器，采用“数据驱动并行计算”的架构，特别擅长处理视频、图像类的海量多媒体数据。嵌入式NPU的小型化、低功耗和低成本优势，加快人工智能技术落地应用。例如无人机对摄像头的重量和功耗有很高的要求，否则会影响起飞和续航能力。而“星光智能一号”只有普通邮票大小，重量仅几十克，它的诞生让诸多监控摄像头等小型设备有了人工智能化的可能，迈出了人工智能从神秘的机房，跨向生活应用的一步。

TPU

TPU（Tensor Processing Unit），是谷歌打造的处理器，是专为机器学习量身定做的，执行每个操作所需的晶体管数量更少，自然效率更高。因为它能加速其第二代人工智能系统TensorFlow的运行，而且效率也大大超过GPU——Google的深层神经网络就是由TensorFlow引擎驱动的。

MPU

MPU有两种意思，微处理器和内存保护单元。MPU是单一的一颗芯片，而芯片组则由一组芯片所构成，早期甚至多达7、8颗，但目前大多合并成2颗，一般称作北桥（North Bridge）芯片和南桥（South Bridge)芯片。MPU是计算机的计算、判断或控制中心，有人称它为”计算机的心脏”。