最近我們看到一篇文章，說FPGA可能會取代CPU和GPU成為將來機器人研發領域的主要芯片。文章列舉了很多表格和實驗數據，證明了在很多領域FPGA的性能會極大優于CPU。并且預言FPGA將來可能會取代CPU和GPU現在的地位。但事實真的是這樣嗎？要搞清楚這個問題，我們首先得對CPU和FPGA都有足夠的了解。

　　FPGA這個詞可能很多人都有所耳聞，尤其是理工科的同學們大多數應該都自愿或被迫被這個詞刷屏過。但要真追究起來FPGA到底是個什么東西。很多非相關專業的人都會陷入一臉迷茫。不過說起開發板，可能知道的人就很多了，有些人會以為FPGA就是開發板。但實際上FPGA指的只是開發板上面的那一小塊芯片而已（下圖黃圈處），整個開發板的其余部件都是為了協同它工作，讓它發揮出它的性能而存在的。

　　FPGA開發板，via google.com/youtube

　　可即使有心的同學曾經查到了這里，或許也搞不懂它和CPU到底有什么區別，畢竟把它的位置換成CPU，整個開發板看起來就變成一塊普通的電腦主板了嘛，感覺簡直分分鐘接上硬盤和顯示器就可以開始LOL了。確實，不管從外形上來看還是實際的功能上來看，FPGA和CPU都表現得太像了，但在這兩者相似的外表之下，其內部構造其實有著根本性的差別，而這種差別也正是FPGA會被很多人認為適合機器人開發的原因，因為它的構造決定了它在處理機器人需要的很多運算，尤其是在機器感知這方面的處理時的速度會比CPU快很多，同時還能將功耗控制在很低的水平。

　　CPU的構造

　　在講FPGA之前，我們先從大家比較熟悉的CPU的數據處理方式講起。首先需要強調的一點是，處理我們指令的計算機元件本身是無法理解我們的指令的，它們只能理解作為組成CPU最基本的元件——晶體管能實現的兩種狀態：“開”和“關”的含義，對應的就是1和0這兩個機器碼數字，這也是計算機的整個體系都基于二進制建立的原因。而為了讓我們下達的各種各樣的指令變成CPU能理解的0和1，CPU需要一個專門的譯碼器來翻譯我們的指令。這個過程分為兩步：“取指”（從一個專門存放指令的存儲器中將需要執行的指令提取出來）和“譯碼”（根據特定的規則將指令翻譯成計算單元能夠理解的數據）。CPU的結構大概是這樣的

　　via wikipedia

　　其中的Control部分就是控制取指、譯碼等整個流程的部分，Cache是在高速的CPU與相對低速的內存間為了提高從內存獲得指令的效率而設置的一個臨時指令存儲器，DRAM則是速度比較慢的那一部分指令存儲器。可以看到，真正的計算單元ALU只占了CPU結構中不大的一部分。這樣的設計是有原因的。CPU存在的目的是作為通用計算機的處理核心，注意“通用”二字，這意味著塊核心必須具備處理各式各樣千奇百怪的指令要求的能力，并且因為要處理來自多個設備的請求，它必須擁有隨時中止目前的運算轉而進行其他運算，完成后再從中斷點繼續當前運算的能力。把這些話看完你可能都快睡著了，但在CPU內這些都要求在一瞬間完成。所以CPU需要有非常復雜的邏輯控制單元和這套獨特的指令翻譯結構。這都是保證CPU能順利完成它的使命的必須的東西。可以說，在計算效率和通用性上CPU犧牲前者選擇了后者。