arm，asic，dsp，fpga，mcu，soc各自的特点

arm，asic，dsp，fpga，mcu，soc各自的特点

人工智能受到越来越多的关注，许多公司正在积极开发能实现移动端人工智能的硬件，尤其是能够结合未来的物联网应用，对于移动端人工智能硬件的实现方法，有两大流派，即FPGA派和ASIC派。FPGA流派的代表公司如Xilinx主推的Zynq平台，而ASIC流派的代表公司有Movidius。SOC就是单片系统，主要是器件太多设计复杂，成本高，可靠性差等缺点，所以单片系统是一个发展趋势。ARM 即Advanced RISC Machines的缩写,既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。

1、FPGA——现场可编程门阵列

FPGA（Field－ProgrammableGateArray），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。

FPGA最厉害的地方是，我们可以配置它的可编程架构来实现任意我们需要的数字功能组合。另外，我们可以以大规模并行的方式实施算法，这意味着我们可以非常迅速和有效地执行大数据的处理。

FPGA的特点如下：

（1）采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

（5）FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

CPU芯片内部架构最复杂，不可以硬件编程，但是可以通过外部的编程软件来编写实现各种功能的软件，具备最高的灵活性，和最低的处理效率。CPU也被称为通用集成电路。

2、ASIC——特定应用集成电路

目前，在集成电路界ASIC被认为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在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。

让我们从特定应用集成电路（ASIC）开始。正如其名称所表示的，这是因特定目的而创建的设备，一旦设计制造完成后电路就固定了，无法再改变。当大多数人听到这个词ASIC时，他们的“下意识”反应是，假设它是数字设备。事实上，不论它是模拟的、数字的，或两者的混合，任何定制的芯片都是一个ASIC。然而，对于这些讨论的目的，我们应该假设这是一个完全或主要部分是数字性质的芯片，任何模拟和混合信号功能是沿着物理接口线（物理层）或锁相回路（PLL）的。

3.  SoC芯片

SoC芯片是一种集成电路的芯片，可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。

SoC技术的一大关键优势是它可以降低系统板上因信号在多个芯片之间进出带来的延迟而导致的性能局限，它也提高了系统的可靠性和降低了总的系统成本。此外，在PCB板空间特别紧张和将低功耗视为第一设计目标的应用中，如手机，SoC常常是唯一的高性价比解决方案。

SoC特点

1）实现复杂系统功能的VLSI； 采用超深亚微米工艺技术；

2）使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器（DSP）；

3）外部可以对芯片进行编程。

SOC包含三大核心

1）逻辑核：CPU、时钟电路、定时器、中断控制器、串并行接口、其它外围设备、I/O端口以及用于各种IP核之间的粘合逻辑等；

2）存储器核：各种易失、非易失以及Cache等存储器；

3）模拟核：ADC、DAC、PLL以及一些高速电路中所用的模拟电路。

4. ARM

ARM处理器是Acorn有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。全称为Acorn RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。

ARM处理器的三大特点是:耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。

1）体积小、低功耗、低成本、高性能;

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

3）大量使用寄存器,指令执行速度更快;

4）大多数数据操作都在寄存器中完成;

5）寻址方式灵活简单,执行效率高;

6）指令长度固定。

5. MCU

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，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；CPU)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。

6. DSP

数字信号处理，简称DSP，是面向电子信息学科的专业基础课，它的基本概念、基本分析方法已经渗透到了信息与通信工程，电路与系统，集成电路工程，生物医学工程，物理电子学，导航、制导与控制，电磁场与e69da5e6ba90e799bee5baa631333361313239微波技术，水声工程，电气工程，动力工程，航空工程，环境工程等领域。

7. 区别

1）SoC与FPGA

由于FPGA内部也可实现软核（CPU），所以这时FPGA也算是SoC了。

2）SoC与ASIC

严格意义上来讲，SoC也可以是ASIC，当某一SoC结构稳定后，可作为ASIC来批量生产。一般来讲，SoC带有CPU和一些外设。ASIC一般是指IP核的设计，也就是某一功能模块，如USB，DDR控制器等。

3）功耗

ARM: 可以说ARM之所以在移动市场上得到极大的成功，其中最主要的原因便是它的低功耗。众所周知的是在移动市场上的电子产品对处理器的功耗是十分敏感的，在过去PC平台上处理器的功耗在几十W到上百W不等，这样的功耗放在移动平台上是不可想像的，ARM在主频1G的情况下功耗才几百mW,强劲的低功耗使它能适应移动电子产品。

DSP：在与非网的一组数据上显示，在数字信号处理方面的市场占有率DSP与FPGA各得半壁江山。DSP相对于FPGA的一个优势是它的功耗相对较低，DSP生产厂商通过提高处理器的主频、努力降低功耗来保证它的市场占有率，因为在高性能的数字处理市场上FPGA似乎更占有优势。如果单纯从DSP领域上来看，DSP在功耗上、性能上做得最好的要数TI公司，TI公司的DSP处理器相对其它的DSP厂商生产的处理器成本更低、功耗更低，所以TI的DSP芯片更在竞争力。

MCU：MCU面世时间最长，各种厂商都有它们自己的架构与指令集，如果从低功耗方面来看，TI的MSP430型MCU做得相对较好。

FPGA：FPGA由于它的内部结构原因造成它的功耗相对较高、芯片发热量大，这也是它的一个缺点。但这也是不可避免的，在支持高性能的并发计算数字电路，且内部的逻辑门大都采用标准的宽长比，最终生成的数字电路必然会在功耗上无法与ASIC等专用处理器比较。

SOC：由于SOC自身的灵活性，它将多个器件集成到一个极小的芯片上从而组成一个系统，SOC系统相对于MCU等处理器组成的系统来说，它在功耗上具有优势。并且，SOC芯片可在版图层面上结合工艺、电路设计等因素对系统的功耗进行系统的优化，这样比由现今外围的PCB版搭建出来的系统功耗更低，占用面积更小。

4）速度

　 ARM随着市场应用的需求提高，ARM厂商纷纷通过优化来提高它的主频，提升它的性能。从开始的100Mhz到惊人的2.3Ghz，ARM主频以惊人的速度向前发展。

DSP现今最快的主频能达到1.2Ghz。当然不能单纯从主频判断它的性能会比ARM差，DSP具有单时钟周期内完成一次乘法和一次加法的能力，一般的ARM不具备这样的能力，DSP在计算领域优势尤其明显，所以TI结合了ARM和DSP两者的优势，生产出达芬奇异构芯片，当然这是属于SOC的范畴了。

MCU作为低端的应用处理器，它的主频从数M到几十Mhz不等。

FPGA主频时钟最高可达几Ghz甚至上10Ghz，当然它的成本也不菲。如果将FPGA与ARM、DSP等作为比较，从主频上进行比较是没有多大意义的，毕竟并行计算的能力要远远超出一般通用的处理器采用的串行计算几十倍。如同样的一个滤波算法在主频为100Mhz的FPGA上实现要比在主频为1Ghz的ARM上实现仍要快。