智能手機的迅猛發(fā)展導(dǎo)致了PC多年來影響力不斷下滑，人們也普遍感覺到其重要性也大不如前。而如今，PC的活力正在復(fù)蘇。由于新冠病毒COVID-19大流行，世界各地的人們都不得不在家工作和學(xué)習(xí)，極大凸顯了PC的重要性與人們生活密不可分。它們已成為人們現(xiàn)在最依賴的設(shè)備。

而現(xiàn)在的時機也再好不過了。除了敏銳的行業(yè)觀察者以外，很多人可能都忽略了這樣一個現(xiàn)實：如今主要的半導(dǎo)體制造商、軟件平臺開發(fā)商和PC制造商已經(jīng)將現(xiàn)代PC打造成為我們一直以來希望的線條優(yōu)美、輕巧便攜、功能強大且易于使用的機器。從各個層面上看，如今的筆記本電腦著實讓人印象深刻。

隨著我們對PC的依賴程度越來越高，可以明確的是，提升PC的使用體驗尚有一定的改進空間。其中之一就是讓PC具備更多的人工智能特性。過去幾年里，智能手機已經(jīng)擁有了眾多全新的AI和機器學(xué)習(xí)功能——如圖像處理、語音助手、增強現(xiàn)實和蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接方面的優(yōu)化等。另一方面，PC上添加的人工智能技術(shù)則相對保守，如后臺電池優(yōu)化和管理功能。因此，PC的使用體驗如果要像智能手機那樣輕松且充滿驚喜的話，還需要急起直追。

從技術(shù)角度來看，實現(xiàn)這個目標(biāo)面臨的挑戰(zhàn)之一是PC上那些有待優(yōu)化的功能要求對傳感器和其他組件實現(xiàn)不間斷的監(jiān)控。這就意味著電腦的CPU或者GPU需要執(zhí)行額外的任務(wù)，這必然導(dǎo)致功耗增加，電池使用時間縮短。然而還可以使用另一種方案，就是采用超低功耗FPGA芯片來承擔(dān)這項任務(wù)，解放CPU和/或GPU的任務(wù)負(fù)擔(dān)。

我們曾在第一篇系列博文——《FPGA初探》中討論過，這些獨特的芯片旨在以快速、低功耗的方式實現(xiàn)特定功能，在芯片投入設(shè)備中運行之后，它們可以在“現(xiàn)場”進行編程和重新編程（或更新）。

很多人不知道的是，一些PC和服務(wù)器已經(jīng)使用了簡單的FPGA，尤其是用于電源管理和協(xié)調(diào)系統(tǒng)初始啟動進程。到目前為止，F(xiàn)PGA在PC上一般不用來執(zhí)行更高級別的功能，但要實現(xiàn)這些功能完全可行。事實上，F(xiàn)PGA能夠為PC提供許多功能，例如加速用戶存在檢測、注意力追蹤、位置跟蹤等。

將FPGA集成到PC聽起來可能有些牽強，但實際上這只是技術(shù)行業(yè)早已采用的異構(gòu)計算架構(gòu)的延續(xù)。一些最早的PC僅有一個基礎(chǔ)的CPU計算核心。后來人們又增加了數(shù)字協(xié)處理器（有時稱為數(shù)學(xué)或浮點協(xié)處理器）來增強CPU的功能，這些協(xié)處理器可以為CPU分擔(dān)一些任務(wù)從而改善系統(tǒng)整體性能。后來，GPU進入了PC設(shè)計，大大提高了計算機圖形性能。將FPGA集成到PC的概念則延續(xù)了這種趨勢，這將為PC帶來極高的靈活性，即使在PC生產(chǎn)并銷售之后仍能夠?qū)ζ涔δ苓M行“升級”。

實際上，F(xiàn)PGA完美地迎合了作為支撐智能AI功能的算法模型的不斷演化的需求。試想一下，筆記本電腦能夠通過判斷其所處的位置自動調(diào)整安全設(shè)置，或者使用者的注意力不在電腦屏幕上時，自動關(guān)閉屏幕來延長電池使用時間。這些功能可以通過集成FPGA實現(xiàn)，正是這些恰到好處的功能讓PC的使用體驗更流暢、輕松、靈活、智能。

當(dāng)然，若只是在PC的設(shè)計中再加入一個協(xié)處理器，而不考慮它對系統(tǒng)的潛在影響（尤其是功耗要求、電池壽命、尺寸和成本），那便沒有意義。幸而，萊迪思半導(dǎo)體的iCE40 Ultra Plus?（其尺寸小至2.2 mm x 2.5 mm，功耗僅為幾毫瓦）或CrossLink-NX?（其尺寸小至3.7 mm x 4.1 mm，功耗僅為幾十毫瓦）系列FPGA對PC系統(tǒng)設(shè)計的物理尺寸和成本方面幾乎無任何負(fù)擔(dān)。更重要的是，它們能為PC系統(tǒng)設(shè)計人員帶來更高的靈活性和更多選擇，因為它PC廠商可以定制獨特的功能來實現(xiàn)產(chǎn)品差異化。

這些小型FPGA通常位于攝像頭模塊、麥克風(fēng)等傳感器和集成在PC芯片組中的傳感器控制中心（sensor hub）之間。當(dāng)運行在這些FPGA上的智能視覺AI模型識別出相應(yīng)的數(shù)據(jù)時（例如走向PC的用戶或者看著（視線偏離）電腦屏幕的用戶），它們可以獲取傳感器的輸出，然后傳輸操作系統(tǒng)以下級別的中斷。

將這些小型FPGA嵌入設(shè)計中看起很簡單，但卻能帶來多方面的益處。首先，它可以減少PC的傳感器控制中心（功耗通常為幾百毫瓦）的工作時間，從而延長電池使用時間。與此同時，只有低功耗FPGA需要持續(xù)供電。其次，由于這些中斷在操作系統(tǒng)之下且遵循現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，因此不需要進行任何操作系統(tǒng)或驅(qū)動程序級別的軟件更改。最后，這種低級別架構(gòu)設(shè)計還意味著這類功能可以在任何操作系統(tǒng)和任何類型的CPU架構(gòu)上實現(xiàn)。對于那些希望在整個產(chǎn)品系列中創(chuàng)造差異化特性的PC設(shè)計師而言，這無疑是一個巨大的優(yōu)勢。

了解PC發(fā)展歷程的人都知道，PC在某些階段會出現(xiàn)新的需求，需要添加新的協(xié)處理器幫助更好地完成工作。由于人們對在PC上實現(xiàn)AI和ML功能的興趣不斷增長，以及FPGA恰能完美適配這類智能處理工作，思考如何將FPGA應(yīng)用于未來的PC設(shè)計中似乎勢在必行了。當(dāng)今的筆記本電腦發(fā)展程度已然很高，它們不僅與我們的生活密切相關(guān)，也十分重要。因此設(shè)想一下，將更多智能功能添加到PC，勢必更加凸顯它在我們未來生活的重要性。

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