FPGA名师讲堂之 至芯科技带你领略FPGA（2017.6.20李凡老师）课程回顾

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        当40年以后，基尔比获得诺贝尔奖的时候，这个世界才看清，1958年德州仪器，基尔比发明的集成电路，对世界的影响绝不亚于肖克利的晶体管，甚至有过之而无不及。
        42年以后，2000年诺贝尔奖委员会对基尔比的评价是，现代信息技术奠基的基础。
        何以来评价这件事呢？
        这样，我们就要说到摩尔周期了。
        1965年，仙童半导体的高管，也是后来Intel的高管，戈登摩尔在他发表在电子学的一篇论文里面，讨论到了这个问题。

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        1965年，距离1958年的集成电路，没有几年的时间，戈登摩尔就预言到，在未来，集成电路它的集成度可能会在很短的时间内翻一番。
        我们知道现在是一年半，18个月。
        当初这篇论文里面提到是24，20。
        戈登摩尔也说，他从来没有说到过这个具体的时间。
        之后呢我们知道，是18个月，是1年半翻一番。
        这个呢，维持了将近40年时间。
        摩尔周期的这个40年时间，会给人类带来一些什么样的福利呢？
        摩尔周期讨论的是什么？
        是集成度翻番。
        使得在一片器件上，实现晶体管的数量会增加，使得集成电路的功能急剧地增加。

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        在摩尔时期和后摩尔时期，40年所创造的财富，比人类整个历史创造的财富的总和还要高。
        我们来看看这个摩尔周期进步所带来的一些影响。
        摩尔周期使集成电路的尺寸从原来的微米级，亚微米进入纳米级，我们现在已经进入分子尺寸的极限了。
        分子尺寸的极限，讨论的就是后摩尔周期。
        还有一种说法，就是摩尔周期的终结者，这个影响到世界的方方面面。
        我们知道，集成电路的晶体管数量，最早的基尔比的5个晶体管，发展到现在，比方说酷睿的774M。
        这样大规模的集成电路的发展，带来的是功能的巨大提升。

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        我们知道，从现在的酷睿到高通的骁龙等等，这一系列的技术进步，深刻地影响到人类的物质文明。
        摩尔周期的40年，人类依靠信息技术进步，所取得的成绩，我们知道，信息加工量，已经超过人类全部历史的总和。
        有文献，有调查机构指出，摩尔周期40年以后，人类每年生产的晶体管的数量，已经超过同年人类稻米米粒数的总和，而且成本还要更低，速度还要更快。
        这就带来一个问题，带来了设计方法的变革。摩尔周期会导致的另外一场革命。
        当然我们看到Fairchild的影响。
        在摩尔周期之前，在小规模集成电路设计的时代，由于集成电路的门、晶体管数量很少，很多作业都是人工作业，手工作业。

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        这种基于人工手工作业的这种方式呢，随着摩尔周期的到来已经不相适应了。
        从摩尔周期开始呢，这就带来了一个瓶颈。
        特别是在集成电路的研发设计过程中，首先会出现这个问题，以往已有的一些工具已经不相适应了。
        1980年的时候，美国的学者卡弗尔米德，也是费尔柴德的创始人，也是戈登摩尔的挚友。

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        在设计自动化会议上，系统地提出了超大规模集成电路的设计思想，引进了EDA的设计思想。
        就是集成电路设计的自动化工具，人际交互的语言，以及仿真验证的这一系列划时代的想法。
        也就是说在1980年，卡弗尔米德这种想法之前，人们或多或少地想到了用工具、用计算机来拓展这种设计，以往的这种依靠人的这种方法的设计。
        人的作图，人的用门来堆砌的这种设计。
        在1980年提出这种想法之前，有人已经用工具、用C语言实现了。
        我们知道，现在的System C里面，形成了C++的一个类，就是当初的一个影子。

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        从70年代中期，一直到IEEE发布了VHDL的这个阶段，已经有很多工程师用C来写了，我们必须要看到这个过程。
        只有看到这个过程，我们才能理解什么是HDL语言？
        什么是C语言？
        我们才知道，什么是图灵机？
        什么是FPGA？
        我们才能知道FPGA在现代的意义。
        由于在80年代，美国国防部正好有武器研发类似项目的一些瓶颈，当时米德的想法很快就得到了美国政府的支持。
        于是就用米德的思想研发一种新的语言，称之为VHDL语言。

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        VHDL语言是一种人机交互语言，是经典的米德体系下面的。
        今天谈到米德体系，为什么称之为经典呢？
        因为米德是一个学者，他又得到了政府的支持。
        他的这份报告里面，一系列经典的思想里面，对于EDA的实现方法，是一个完整的设计。
        但是我们也看到其中一些非常有意思的故事，一些反转的故事。
        米德的思想，是一个非常严谨的体系，以至于造就了VHDL这样非常严谨的一个语言体系。
        我们今天在看到VHDL这个时候，我们不能不看到，这个世界上当初很多高校很多研究机构都是引用VHDL，因为VHDL是学者提出来的，其中的一些思想是非常经典的。

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        在VHDL里面非常经典的思想，一个著名的思想，就是它的层次化的划分。
        就是按照抽象层次的从系统到门级的划分，高层次的抽象到低层次的硬件的实现。
        比方说，我们在算法语言里面，经典的米德体系下面，讨论的HDL语言，是一种交互式的语言，这个H是硬件，Hardware，D是描述，Description。
        米德体系下面非常强调描述的概念。
        也就是说，米德非常强调语言综合的性能。
        所谓综合，就是你描述什么，就得到什么样的电路。
        当我们要描述a=a+1这样一段语言的时候，如果是一段算法语言，如果是一段C语言，那么它跟HDL语言有什么不同呢？
        米德体系是这么解释的。

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        如果a=a+1是一段算法语言，那么它是一个执行的过程，在C语言里面，BASIC语言里面，JAVA语言里面，那么这无论是线程的，或者是多核的计算机系统，这一定有一个先来后到。
        所谓先来后到，就意味着什么呢？
        在赋值号左侧的a，和赋值号右侧的a，分别描述的是存储器里面的同一个变量，执行这条语句的时候，或者说这条语句进入图灵机系统的时候，首先要把a存储器单元里面那个变量取到CPU里面来。
        +1之后再放回到a这个单元里面去。
        完成了这条语句以后，再执行下一条语句。
        这是一系列的过程，当然并行操作里面可能有并行的算法，线程的算法，但无论如何，是图灵机的系统，有先来后到，有执行。