面向实时应用的ASIC加速芯片设计和实现

随着计算机性能的不断提升和商用产品的广泛采用，单核CPU在数据中心、服务器、移动设备等各种异构计算环境中已经成为主流，并且随着GPU的迅猛发展，也逐渐成为各领域的标配。但对于一些高性能计算任务如高动态范围图像（HDR）处理、大规模并行计算、高精度计算等，单块集成电路（IC）上的执行单元已经无法满足需求，需要更复杂的软硬件结合方案。所以，为了满足更复杂的计算需求，提升效率、降低功耗和扩大规模，人们开始寻找基于FPGA或者ASIC的加速芯片。

1.1 什么是ASIC？

ASIC（Application Specific Integrated Circuit），即特定应用集成电路。由芯片制造商根据特定的应用、应用场景和性能目标所设计、集成的一系列集成电路，其主要特点是功能简单、布局紧凑、性能卓越、功耗低、尺寸小，在一定程度上可以取代CPU而获得高性能。目前国内外有很多厂商研发了多种高端、高性能的ASIC，包括华为、联发科、爱立信、三星等等，都是为特定领域、特定业务提供最优化的解决方案。

1.2 为什么要做ASIC？

ASIC的出现给CPU发展提供了新的方向，ASIC的关键优势主要体现在以下三个方面：

1. 性能更强：由于采用了可编程逻辑门阵列(PLA)作为基础部件，因此ASIC具有高性能、灵活性和可扩展性。这种可编程逻辑门阵列赋予了ASIC极高的计算能力，能达到甚至超过CPU的性能。例如华为麒麟970芯片的运算能力可以达到14亿亿次/秒，而CPU通常仅能达到几十亿次/秒。

2. 功耗更低：由于所有的逻

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