Altera 第十代FPGA：浮点计算的新选择

Table of Contents

1. 技术专家介绍 😎

2. 关于Aria 10 FPGA 💻

3. Stratis 10 FPGA的优势和特点 💪

4. Aria 10和Stratis 10的浮点DSP资源 🎛️

5. 浮点运算的重要性和应用场景 🏭

6. 选择不同精度与性能的权衡 ⚖️

7. DSP Builder: 快速设计原型工具 🛠️

8. 引入Aria 10和Stratis 10的设计迁移 🚀

9. 对比软浮点和硬浮点设计的资源利用情况 💡

10. Altera Generation 10 DSP技术的优势和应用案例 🌟

1. 技术专家介绍 😎

我是一名Altera的技术专家，今天将为大家展示如何充分利用Altera第十代FPGA中的新型硬浮点DSP资源。随着Aria 10的发布，Altera现在正在出货第一款配备硬浮点DSP资源的FPGA。接下来，我们还会推出Stratis 10设备，这款设备也配备了浮点DSP资源，并将为系统设计师带来前所未有的密度、性能和功耗效率。Aria 10拥有1.5 TFLOPS的IEEE 754标准的单精度浮点性能，使其在传统GP GPU处理范围内，在50 GFLOPS/W的卓越功耗效率下工作。Aria 10将应用于高性能、功耗受限的系统，这些系统无法承受许多GPGPU解决方案所需的几百瓦的功耗。此外，Aria 10设备还支持到Stratis 10的引脚迁移，提供了在FPGA中前所未有的浮点处理能力，达到10 TFLOPS。Stratis 10设备基于英特尔的14纳米三门结技术，具有双倍功耗效率和密度显著提升的优势。对于灵活的数据路径设计来说，关键是能够在需要时选择所需的精度。

2. 关于Aria 10 FPGA 💻

Aria 10是一款配备了先进硬浮点DSP资源的FPGA。这款设备是Altera第十代FPGA产品系列的开创者，具有出色的性能和功耗效率。Aria 10可提供1.5 TFLOPS的单精度浮点性能，将传统GPU处理能力与功耗效率相结合。这使得Aria 10成为适用于高性能、功耗受限的系统的理想选择。此外，Aria 10还支持到Stratis 10的引脚迁移，为用户提供了前所未有的浮点处理能力，达到10 TFLOPS。Aria 10采用英特尔的14纳米三门结技术，功耗效率和密度较之前的产品有了显著提升。

3. Stratis 10 FPGA的优势和特点 💪

Stratis 10是一款Altera的新一代FPGA，拥有强大的浮点DSP资源。这款设备采用英特尔的14纳米三门结技术，功耗效率和密度显著提升。Stratis 10为系统设计师带来了新的水平，从未见过的密度、性能和功耗效率。Stratis 10的浮点DSP资源可达到10 TFLOPS，为系统设计师提供了从几百GFLOPS到1.5 TFLOPS的全方位处理能力。Stratis 10的设计是基于硬浮点技术的，这使得其在逻辑利用率上大幅提升，最高可减少80%的逻辑资源使用量。这样的优势，不仅提供了强大的DSP性能和快速的时序闭合能力，还能显著提高产品的上市时间。

4. Aria 10和Stratis 10的浮点DSP资源 🎛️

Aria 10和Stratis 10都配备了Altera的硬浮点DSP资源，为系统设计师提供了强大的浮点计算能力。这些硬件资源支持固定或浮点数据类型，用户可以根据需要选择所需的精度。当使用单精度浮点类型时，DSP块会自动升级为符合IEEE 754标准的单精度模式。Altera的浮点DSP模式包含完整的IEEE 754乘法器、加法器和累加器功能，并且可以以多种不同的连接配置进行使用。Aria 10和Stratis 10设备将为用户提供从几百GFLOPS到1.5 TFLOPS不等的处理能力，使其能够与中档DSP处理器和通用GPU进行竞争。

5. 浮点运算的重要性和应用场景 🏭

浮点运算在许多应用中起着重要的作用。它们能够处理大范围的数值，并提供更高的精度和更广泛的计算能力。浮点运算广泛应用于科学计算、图像和信号处理、天气预报、深度学习等领域。在这些领域中，需要进行大量的浮点计算以获得准确的结果。由于Aria 10和Stratis 10具备强大的浮点DSP资源，因此它们在这些需要高性能浮点计算的应用中具备显著优势。

6. 选择不同精度与性能的权衡 ⚖️

在进行设计时，选择适当的精度对于性能和资源利用至关重要。在某些应用场景中，对精度的要求可能较低，但对性能的需求较高，因此可以使用较低精度的浮点计算。而在对精度要求较高的应用中，需要使用较高精度的浮点计算。由于Aria 10和Stratis 10支持可变精度的浮点计算，系统设计师可以根据需求选择合适的精度，从而在资源利用和性能之间找到平衡点。这种灵活性使得这两款FPGA非常适用于各种不同的应用场景。

7. DSP Builder: 快速设计原型工具 🛠️

DSP Builder是一款基于模型的算法设计工具，可帮助用户快速原型设计和探索不同的设计方案。它提供了一个直观的界面，使用户能够快速选择目标设备和模型算法函数。通过DSP Builder，用户可以在几分钟内进行设计探索，并实时查看FPGA资源利用情况和设计性能。这使得用户能够快速理解精度和资源之间的权衡，并充分利用Aria 10和Stratis 10的硬浮点资源。

8. 引入Aria 10和Stratis 10的设计迁移 🚀

对于已有的设计，用户可以无缝迁移到Aria 10和Stratis 10上。特别是对于使用单精度数据类型的设计，可以自动将旧有的软件IP提升到Generation 10设备中的IEEE 754浮点DSP块。当用户准备使用Aria 10或Stratis 10的密度和功耗效率时，他们可以直接迁移同样的硬件设计。这种设计迁移的无缝衔接，减少了产品的重新开发工作量，提高了团队的效率。

9. 对比软浮点和硬浮点设计的资源利用情况 💡

使用软浮点和硬浮点设计会对FPGA资源利用情况产生不同的影响。通过对Aria 5和Aria 10的资源报告进行比较，可以清楚地看到使用硬浮点DSP资源的优势。在Aria 5的设计中，使用软浮点IP会占用大量的逻辑资源和等效的倍乘器，而Aria 10的硬浮点设计则明显减少了逻辑资源的使用量。在使用硬浮点设计时，可以看到硬浮点乘法器、加法器和向量连接器等硬浮点DSP资源的详细使用情况。这些资源的有效利用帮助用户节省了逻辑资源，并提高了设计的性能和效率。

10. Altera Generation 10 DSP技术的优势和应用案例 🌟

Altera第十代FPGA的硬浮点DSP技术为用户带来了许多优势。第十代FPGA包括Aria 10和Stratis 10，它们都配备了强大的硬浮点DSP资源。这些硬件资源在与大量的标准IP和高级工作流程（如DSP Builder和OpenCL）结合使用时，将为用户提供快速设计、快速原型验证和快速上市的能力。这些硬浮点DSP资源提供了高性能的DSP处理能力、快速时序闭合和快速设计实现，同时减少了逻辑资源使用量和拥塞，显著提高了产品的上市时间。

Altera Generation 10 DSP技术

近年来，随着计算性能的不断提高，对于处理器和计算设备的需求也在增加。大量的应用需要进行复杂的浮点计算，这就对硬件设计和FPGA技术提出了更高的要求。为了满足这一需求，Altera推出了第十代FPGA产品系列，其中包括Aria 10和Stratis 10。这两款FPGA配备了先进的硬浮点DSP资源，为用户提供了强大的浮点运算能力。

传统的CPU和GPU在执行浮点计算时，需要消耗大量的功耗和资源。而Altera的第十代FPGA通过硬浮点DSP资源的加入，极大地提高了浮点计算的效率和性能。Aria 10配备了1.5 TFLOPS的单精度浮点性能，相当于传统GPU处理能力的水平。在功耗效率方面，Aria 10每瓦可以实现50 GFLOPS的计算性能，远高于传统解决方案。Stratis 10作为第十代FPGA产品系列的重要成员，同样配备了强大的浮点DSP资源，可以实现高达10 TFLOPS的浮点计算性能。这将为系统设计师带来前所未有的密度、性能和功耗效率。

传统的浮点计算通常需要使用CPU或GPU来进行处理。然而，这些计算单元的功耗和资源消耗很高，对于一些功耗受限的系统来说，往往难以承受。而Altera的Aria 10和Stratis 10则能够提供高性能的浮点计算能力，同时以相对较低的功耗来实现。这使得Aria 10和Stratis 10成为在功耗受限系统中的理想选择。

浮点运算在许多应用中起着重要作用，例如科学计算、图像和信号处理、天气预报、深度学习等领域。在这些领域中，需要进行大量的浮点计算以获得准确的结果。传统的CPU和GPU虽然能够完成这些任务，但资源消耗较大，在功耗和性能之间存在较大的制约。而Aria 10和Stratis 10则通过硬浮点DSP资源的加入，实现了高性能、低功耗的浮点计算。这使得它们成为处理这些应用的理想选择。

对于系统设计师来说，选择适当的精度对于性能和资源利用至关重要。在某些应用场景中，对精度的要求可能较低，但对性能的需求较高，因此可以使用较低精度的浮点计算。而在对精度要求较高的应用中，需要使用较高精度的浮点计算。对于这些不同的需求，Aria 10和Stratis 10都提供了可变精度的浮点计算支持。这使得系统设计师可以根据具体需求选择合适的精度，从而在资源利用和性能之间找到平衡点。

为了帮助用户快速原型设计和探索不同的设计方案，Altera提供了DSP Builder这一工具。DSP Builder是一款基于模型的算法设计工具，用户可以在其中选择目标设备和模型算法函数，快速进行设计探索并实时查看FPGA资源利用情况和设计性能。通过DSP Builder，用户能够快速理解精度和资源之间的权衡，并充分利用Aria 10和Stratis 10的硬浮点资源。

对于已有的设计，用户可以轻松地将其迁移到Aria 10和Stratis 10上。特别是对于使用单精度数据类型的设计，系统会自动将旧有的软件IP升级为Generation 10设备中的IEEE 754浮点DSP块。这使得现有设计的迁移变得无缝衔接，减少了重新开发的工作量，提高了团队的效率。此外，用户也可以使用硬浮点设计对现有设计进行优化，显著降低逻辑资源使用量并提高设计的性能和效率。

总的来说，Altera Generation 10 DSP技术为用户提供了强大的浮点计算能力。Aria 10和Stratis 10配备了先进的硬浮点DSP资源，凭借其优越的性能、低功耗和灵活性，成为处理复杂浮点计算的理想选择。无论是在科学计算、图像和信号处理、天气预报还是深度学习等领域，Aria 10和Stratis 10都能够满足高性能浮点计算的需求，并帮助用户快速实现设计。