FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是一種可重構(gòu)的微芯片——已經(jīng)被證明可以運(yùn)行一款用C語言編寫的3D光線追蹤游戲，其效率是x86 CPU的50倍，而功耗僅為后者的2%，這可能為未來編程效率的提高指明了道路。

這是由來自阿根廷的開發(fā)人員Victor SuarezRovere和來自賓夕法尼亞州的系統(tǒng)工程師Julian Kemmerer所完成的，文末可以下載他們所提供的白皮書PDF。

FPGA采用的是ArtyA7，一款售價約 280 美元的 Xilinx Artix-7100T FPGA 開發(fā)板，采用 28 納米工藝，具有 101,440 個邏輯單元（FPGA 的邏輯單元包含可以實(shí)現(xiàn)任何邏輯功能的查找表，使芯片具有可編程性），并且它的功耗不到一瓦。它所針對的 CPU是 Ryzen 7 4800H，這是一款基于 7 nm 工藝構(gòu)建的八核 16 線程筆記本電腦處理器，默認(rèn) TDP 為 45W。R7 4700G 目前的售價約為 240 美元。

這款在這兩個截然不同的平臺上運(yùn)行的游戲名為《spheres VsShapes》，在情節(jié)、角色或?qū)嶋H玩法方面似乎沒有太多內(nèi)容，但確實(shí)有很多光線追蹤，比如一個閃亮的金屬球在棋盤般的環(huán)境中彈跳，這反映在它閃亮的球形表面上。

兩個平臺都以1080p和每秒50幀的速度渲染游戲，但FPGA使用660毫瓦，而R7需要35W，相差53倍。據(jù)推測，如果FPGA使用與CPU相同的7nm工藝，F(xiàn)PGA的功耗可能會降低到110毫瓦。

整個事情的關(guān)鍵是Kemmerer發(fā)明的Pipeline C 和Suarez。你可以在GitHub上找到它們。"游戲的像素渲染和動畫邏輯是基于浮點(diǎn)和矢量數(shù)學(xué)運(yùn)算的。所有的游戲代碼都是用一種簡潔的語法來表達(dá)的，可以直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字電路。他們在論文中寫道："這個設(shè)計(jì)目前的目標(biāo)是一塊具有全高清數(shù)字視頻輸出的FPGA板，而且這個工作流程還允許使用未經(jīng)修改的源代碼在普通PC上實(shí)時運(yùn)行游戲。"這使得開發(fā)-測試迭代的速度比傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工具快得多。對于相同的工作負(fù)荷，計(jì)算效率比使用現(xiàn)代CPU要好50倍以上，而芯片的體積要小一個數(shù)量級。"

"Sphery VsShapes "作為一個圖形演示相當(dāng)不錯，這意味著未來的編程是更有趣的--特別是當(dāng)FPGA將開始出現(xiàn)在AMD芯片中。我們計(jì)劃將整個系統(tǒng)移植到RISC-V上，并設(shè)計(jì)一個支持流水線的開源ASIC，這也為微控制器的世界提供了可能性?！边@些代碼可以被轉(zhuǎn)換成邏輯電路，在現(xiàn)成的CPU上運(yùn)行，或者在微控制器上開發(fā)硬件/軟件外設(shè)，而無需更改代碼?！盨uarez和Kemmerer在結(jié)論中寫道。"我們獲得的結(jié)果很容易重復(fù)，因?yàn)椴牧虾苋菀撰@得，而且不貴"。

審核編輯 ：李倩