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  5. › FPGA: Prozessor Marke Eigenbau

tjaja, die fpgas

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  1. tjaja, die fpgas

    Autor: tunnelblick 22.03.16 - 12:48

    also erstens, und wodran es immer noch krankt (und ich sehe nicht, dass das besser wird): es ist zwar rapid prototyping für asics, aber der schritt von hdl zu "ich lade eine config in den fpga" ist sehr, sehr cumbersome, erfordert sehr häufig mehr wissen, als man am anfang denkt, und ist obendrein sehr zeitintensiv:

    1. synthese
    2. mapping
    3. place & route

    jeder dieser schritte ist bei großen projekten schnell teuer, vor allem natürlich place & route aus offensichtlichen gründen.

    hinzu kommt, dass fpgas bei weitem nicht alles abdecken können, wie man meint. fpu? tja, bau dir selber eine. speicher? ja, lokales block-ram. begrenzt. klar, manchmal gibt es lokales ddr-ram. aber das ansprechen? bitte implementieren sie das komplett selber, inklusive timing-fuckups.
    du möchtest dividieren? tja...
    ich finde die kleinen chips eigentlich großartig und der kreativität sind eigentlich keine grenzen gesetzt, aber es ist auch bei weitem nicht alles rosa, wenn es um fpgas geht.

  2. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: caldeum 22.03.16 - 13:19

    Das war auch so ziemlich der Eindruck den ich bei meinem ersten Begegnungen mit FPGAs hatte. Den Performance-Vorteil muss man erstmal brauchen und FPGAs sind auch nicht gerade billig. Die selbe Verarbeitungsleistung dürften die meisten Nutzer mit einem x86/ARM günstiger kriegen - günstiger in der Beschaffung sowie Entwicklung.

  3. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: tunnelblick 22.03.16 - 14:01

    es ist ja nicht nur ein performance-vorteil in terms of raw performance.
    ein fpga ist halt taktgenau - das bekommst du bspw. mit einer emulation per software nur sehr, sehr schwer hin. auch sind die anwendungszwecke meist ganz andere. hochfrequente signalverarbeitung in echtzeit bspw. ist etwas, dass man mit fpgas super machen kann. überhaupt ist echtzeit etwas ganz, ganz elementares, was bei einem fpga direkt gegeben ist.
    ich wollte fpgas auch nicht grundsätzlich schlecht reden, aber man sollte menschen vorher warnen, bevor sie denken, sie betreten das gelobte land.

  4. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: bofhl 22.03.16 - 14:08

    Inzwischen bekommt aber auch FPGAs die neben den selbst zu programmierenden Teile bereits fix und fertige Prozessoren beinhalten - neben Speicher (bis hin zu 512 MB!), DSPs, Grafikeinheiten, Netzwerkteile bis hin zu GSM/UMTS/LTE.
    Auch gibt es FPGAs, die weitaus flexibler sind und wiederum die Teile der oben genannten komplett getrennt/zerlegt anbieten. Es kommt eben stark darauf an, was man wie damit machen will.
    Und das man sehr großes Wissen für die Programmierung von diesen Chips braucht sollte nicht wirklich verwundern!

  5. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: tunnelblick 22.03.16 - 14:25

    bofhl schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Inzwischen bekommt aber auch FPGAs die neben den selbst zu programmierenden
    > Teile bereits fix und fertige Prozessoren beinhalten - neben Speicher (bis
    > hin zu 512 MB!), DSPs, Grafikeinheiten, Netzwerkteile bis hin zu
    > GSM/UMTS/LTE.

    ja, aber die kosten dann auch entsprechend viereckig geld und "mal eben" sind ip-cores auch nicht auf einen fpga gedremelt.

    > Auch gibt es FPGAs, die weitaus flexibler sind und wiederum die Teile der
    > oben genannten komplett getrennt/zerlegt anbieten. Es kommt eben stark
    > darauf an, was man wie damit machen will.

    aber natürlich. und das alleine ist schon eine wissenschaft für sich. anspruch und wirklichkeit sind dabei von einander abhängige variablen.

    > Und das man sehr großes Wissen für die Programmierung von diesen Chips
    > braucht sollte nicht wirklich verwundern!

    nicht von den chips, sondern von der reinen logik her ist es etwas völlig anderes, als man vorher programmiert hat. alleine von hdl zur simulation kann man wochen verbringen. da ist noch ein stück synthese auf den fpga-chip gemappt.

  6. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: minora 22.03.16 - 14:29

    neulich, bei meinem FPGA erstkontaktes, wollte ich einen wünsch-dir-was-pulse-generator implementieren - sprich mit einer konfiguriebaren impuls- und periodendauer. den tastgrad wollte ich mit einer möglichst feiner auflösung haben, dachte da so an 1,25ns - FPGAs sind schnell und shit, so sagte man es mir. zur hand hatte ich einen spartan 3A.

    ratet mal.. arschlecken. zunächst einmal war es dem FPGA physikalisch garnicht möglich eine simple "if( a > x && a < y )" bedingung mit anschließend kleiner arithmetik unter 10ns hinzubekommen. fehlende divisions- und modulo-operatoren wollten mir auch das genick brechen.

    nach mehreren schmerzhaften wochenende bin ich schließlich bei einer lösung mit 5ns gelandet. mehrere DCMs mussten angeschmissen werden.. vier phasenverschobene zähler, die ich nur mit 50MHz fahren konnte, wahren notwendig. anschließend wurden die ergebnisse der vier zähler mit einem 200MHz-clock abgetastet und das ergebnis auf einen physikalischen ausgang geleitet.

    gut.. nun hab ich meinen pulsgenerator, aber aaalter.. das war ein trip sondergleichen.



    2 mal bearbeitet, zuletzt am 22.03.16 14:31 durch minora.

  7. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: tunnelblick 22.03.16 - 14:47

    minora schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > neulich, bei meinem FPGA erstkontaktes, wollte ich einen
    > wünsch-dir-was-pulse-generator implementieren - sprich mit einer
    > konfiguriebaren impuls- und periodendauer. den tastgrad wollte ich mit
    > einer möglichst feiner auflösung haben, dachte da so an 1,25ns - FPGAs sind
    > schnell und shit, so sagte man es mir. zur hand hatte ich einen spartan 3A.
    >
    > ratet mal.. arschlecken. zunächst einmal war es dem FPGA physikalisch
    > garnicht möglich eine simple "if( a > x && a < y )" bedingung mit
    > anschließend kleiner arithmetik unter 10ns hinzubekommen. fehlende
    > divisions- und modulo-operatoren wollten mir auch das genick brechen.

    das schöne ist ja: es lässt sich einfach synthetisieren und sogar simulieren. das ist nicht das problem. der fallstrick kommt, wenn man den kram dann tatsächlich auf die hardware bringen möchte. die synthese weiss ja noch nichts über den eigentlichen chip.

    > nach mehreren schmerzhaften wochenende bin ich schließlich bei einer lösung
    > mit 5ns gelandet. mehrere DCMs mussten angeschmissen werden.. vier
    > phasenverschobene zähler, die ich nur mit 50MHz fahren konnte, wahren
    > notwendig. anschließend wurden die ergebnisse der vier zähler mit einem
    > 200MHz-clock abgetastet und das ergebnis auf einen physikalischen ausgang
    > geleitet.
    >
    > gut.. nun hab ich meinen pulsgenerator, aber aaalter.. das war ein trip
    > sondergleichen.

    ja, natürlich ist es das. und du hast relativ häufig genau solche konstrukte. sicherlich hat man über die jahre mehr erfahrung und weiss, wie ein fpga beschaffen sein muss und wo fallstricke lauern, aber durch so eine hölle muss man halt erst mal gehen.

  8. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: caldeum 22.03.16 - 15:47

    tunnelblick schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > es ist ja nicht nur ein performance-vorteil in terms of raw performance.
    > ein fpga ist halt taktgenau - das bekommst du bspw. mit einer emulation per
    > software nur sehr, sehr schwer hin. auch sind die anwendungszwecke meist
    > ganz andere. hochfrequente signalverarbeitung in echtzeit bspw. ist etwas,
    > dass man mit fpgas super machen kann. überhaupt ist echtzeit etwas ganz,
    > ganz elementares, was bei einem fpga direkt gegeben ist.
    Sehr gutes Argument!

    Ob Golem die prädestinierten Einsatzgebiete noch im Artikel nachtragen mag? Dann wäre der Artikel nämlich richtig rund - alles andere ist ja schon drin :)
    > ich wollte fpgas auch nicht grundsätzlich schlecht reden, aber man sollte
    > menschen vorher warnen, bevor sie denken, sie betreten das gelobte land.

  9. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: Schattenwerk 22.03.16 - 16:51

    tunnelblick schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > aber durch so eine hölle muss man halt erst mal gehen.

    Ist das nicht immer so?

  10. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: tunnelblick 22.03.16 - 17:30

    Schattenwerk schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > tunnelblick schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > aber durch so eine hölle muss man halt erst mal gehen.
    >
    > Ist das nicht immer so?


    Nein, nicht auf diesem Level und nicht in dieser Ausprägung.

  11. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: Niantic 22.03.16 - 17:59

    minora schrieb:
    -------------------------------------------------------------------------------->
    > ratet mal.. arschlecken. zunächst einmal war es dem FPGA physikalisch
    > garnicht möglich eine simple "if( a > x && a < y )" bedingung mit
    > anschließend kleiner arithmetik unter 10ns hinzubekommen. fehlende
    > divisions- und modulo-operatoren wollten mir auch das genick brechen.
    >
    Du kannst das ganze auch in einen takt implemebtieren - die logik dazu musst du dir halt selbst basteln(und genau das ist das schöne an fpgas) rhein theoretisch reicht es 2 subtraktionsmodule aus gattern zu konstruieren, und an deren ausgang jeweils den overflow carry mit einem and gate zu bearbeiten. Ist aber halt viel arbeit, und die sache ist wie alle anderen schon sagten... Man kauft sich nicht mal eben ein fpga und fängt mit hallo welt an. Die meisten denken halt das is so wie visual basic oder javascript mit klickibunti, tutorials, einer ide die für einen denkt und im notfall über 9000 foren in denen man andere für sich arbeiten lassen kann - das habe ich selbst so im studium erfahren müssen, und dann später als wir 2011/2012 angefangen haben sha cryptoprozessoren fürs bitcoinmining zu designen(und dann doch beim openCL miner für die gpu geblieben sind, da war unser design einfach schneller)

  12. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: x-beliebig 23.03.16 - 21:30

    also, ich setze die Dinger schon ziemlich lange beruflich ein. Wenn man Elektrotechniker ist, ist es eigentlich auch kein Problem auf RTL-Ebene zu denken. Das muss man allerdings schon machen um mit FPGAs Erfolg zu haben. Selbst mit neuesten Techniken von z.B. Xilinx wie HLS bleibt es einem nicht erspart ein Verständnis dafür zu haben, was man da treibt.
    Das ist aber mit vielen Techniken so. Ich möchte die Möglichkeiten, die sich durch FPGAs bieten absolut nicht mehr missen! Gerade arbeite ich mich in HLS ein und möchte dies an einem Bastelprojekt auf einem Z-Board (Zynq) zusammen mit opencv einsetzen. Prozessoren zu bauen finde ich persönlich nicht so interessant. Ich habe allerdings schon mal eine Quadratwurzel sequenziell berechnen lassen. Das geht dann schön über den Weg, wie man auch auf dem Papier rechnet. Das ist übrigens auch der Weg, wie man sich Dividieren erarbeiten kann. Komplexe State-Machines und Sequencer hat man sicherlich auch schon mit FPGAs implementiert, wenn man die Dinger beruflich einsetzt, da ist es letztlich dann doch einfacher sich bei OpenCores oder im IP-Katalog der Herrsteller zu bedienen, falls man einen Softcore-Processor braucht. Von Kollegen, die Digitaltechnik Studiert haben, habe ich gehört, dass man an der Uni durchaus mal einen Prozessor gebaut hat...

  13. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: tunnelblick 24.03.16 - 08:36

    x-beliebig schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > also, ich setze die Dinger schon ziemlich lange beruflich ein. Wenn man
    > Elektrotechniker ist, ist es eigentlich auch kein Problem auf RTL-Ebene zu
    > denken. Das muss man allerdings schon machen um mit FPGAs Erfolg zu haben.
    > Selbst mit neuesten Techniken von z.B. Xilinx wie HLS bleibt es einem nicht
    > erspart ein Verständnis dafür zu haben, was man da treibt.
    > Das ist aber mit vielen Techniken so. Ich möchte die Möglichkeiten, die
    > sich durch FPGAs bieten absolut nicht mehr missen! Gerade arbeite ich mich
    > in HLS ein und möchte dies an einem Bastelprojekt auf einem Z-Board (Zynq)
    > zusammen mit opencv einsetzen. Prozessoren zu bauen finde ich persönlich
    > nicht so interessant. Ich habe allerdings schon mal eine Quadratwurzel
    > sequenziell berechnen lassen. Das geht dann schön über den Weg, wie man
    > auch auf dem Papier rechnet. Das ist übrigens auch der Weg, wie man sich
    > Dividieren erarbeiten kann. Komplexe State-Machines und Sequencer hat man
    > sicherlich auch schon mit FPGAs implementiert, wenn man die Dinger
    > beruflich einsetzt, da ist es letztlich dann doch einfacher sich bei
    > OpenCores oder im IP-Katalog der Herrsteller zu bedienen, falls man einen
    > Softcore-Processor braucht. Von Kollegen, die Digitaltechnik Studiert
    > haben, habe ich gehört, dass man an der Uni durchaus mal einen Prozessor
    > gebaut hat...

    eben, die division muss man sich erarbeiten. die hoffnung, bestehende algorithmen einfach in den fpga zu giessen, wird schnell weggefegt.
    und ich kann dir sagen, dass man nach einem informatik-studium auch einen prozessor bauen kann, weil man weiss, wie einer funktioniert. diesen auf einen fpga zu bekommen ist aber dann doch noch mal eine andere hürde.

  14. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: bofhl 24.03.16 - 10:53

    tunnelblick schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > bofhl schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Inzwischen bekommt aber auch FPGAs die neben den selbst zu
    > programmierenden
    > > Teile bereits fix und fertige Prozessoren beinhalten - neben Speicher
    > (bis
    > > hin zu 512 MB!), DSPs, Grafikeinheiten, Netzwerkteile bis hin zu
    > > GSM/UMTS/LTE.
    >
    > ja, aber die kosten dann auch entsprechend viereckig geld und "mal eben"
    > sind ip-cores auch nicht auf einen fpga gedremelt.

    Alles kostet Geld - und wer eben das nicht will, dem bleibt eben nur der Weg über diskret aufgebaute Systeme mit konventionellen Chips!

    >
    > > Auch gibt es FPGAs, die weitaus flexibler sind und wiederum die Teile
    > der
    > > oben genannten komplett getrennt/zerlegt anbieten. Es kommt eben stark
    > > darauf an, was man wie damit machen will.
    >
    > aber natürlich. und das alleine ist schon eine wissenschaft für sich.
    > anspruch und wirklichkeit sind dabei von einander abhängige variablen.

    Darum gibts ja die netten Datenbücher der Hersteller, die man eigentlich in Kilo angeben sollte ;-)) Da das Richtige zu finden ist immer wieder lustig - netterweise liefern die meisten Hersteller die Teile auch auf DVDs aus. (Intel nutzt sogar Flashdrives dafür! Gibts sogar als sqlite-Datenbank zur direkten Einbindung in die Entwicklungssysteme- ganz nett)

    >
    > > Und das man sehr großes Wissen für die Programmierung von diesen Chips
    > > braucht sollte nicht wirklich verwundern!
    >
    > nicht von den chips, sondern von der reinen logik her ist es etwas völlig
    > anderes, als man vorher programmiert hat. alleine von hdl zur simulation
    > kann man wochen verbringen. da ist noch ein stück synthese auf den
    > fpga-chip gemappt.

    Wie gesagt - man muss ein entsprechendes Wissen haben! Mit dem landläufigen Begriff "Programmieren" hat das Ganze ja wenig bis gar nichts zu tun. Daher haben in den Bereich Informatiker eher wenige (bis gar nichts) zu suchen - dafür gibts Spezialisten....

  15. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: tunnelblick 24.03.16 - 15:33

    bofhl schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------

    > Wie gesagt - man muss ein entsprechendes Wissen haben! Mit dem landläufigen
    > Begriff "Programmieren" hat das Ganze ja wenig bis gar nichts zu tun. Daher
    > haben in den Bereich Informatiker eher wenige (bis gar nichts) zu suchen -
    > dafür gibts Spezialisten....

    das sehe ich ein wenig anders, da es trotzdem nicht selten auch um algorithmik geht. und informatiker machen ja trotzdem auch technische informatik (zumindest im grundstudium), so dass man das so pauschal nicht sagen kann. ich hatte immer spaß, mit fpgas zu arbeiten.

  16. Re: tjaja, die fpgas

    Autor: x-beliebig 29.03.16 - 09:56

    > eben, die division muss man sich erarbeiten. die hoffnung, bestehende
    > algorithmen einfach in den fpga zu giessen, wird schnell weggefegt.
    Das geht mit HLS schon durchaus.

    > und ich kann dir sagen, dass man nach einem informatik-studium auch einen
    > prozessor bauen kann, weil man weiss, wie einer funktioniert.Diesen auf
    > einen fpga zu bekommen ist aber dann doch noch mal eine andere hürde.
    Das genau habe ich doch mit meinem Beitrag geschrieben. Wir haben viele Informatiker in der Firma. Sie sind heutzutage für das Verhalten eines Gerätes absolut wichtig. Aber manche Dinge auf unterer Ebene erschließen sich diesen eben nicht einfach. Laufzeiten und das denken auf RTL (Register Transfer Level) ist nun mal nichts, was diese so (einfach) gelernt haben. Auch taktksynchrone Netze, Metastabilität und und und... Man muss allerdings auch kein Autobauer sein um ein Auto fahren zu können. Und genau diese "Autobauer" sind nun mal die Elektrotechniker für den Bereich, in dem man mit FPGAs Technik betreibt. Es heißt aber natürlich auch nicht, dass kein Informatiker sinnvoll FPGAs anwenden könnte. Man muss sich nun mal in die Gegebenheiten der Technik einarbeiten.

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