一般來說，在FPGA上使用的 Verilog 和 VHDL 語言都不太適合游戲開發或其他復雜的應用程序。因此，阿根廷的開發人員Victor Suarez Rovere和賓夕法尼亞州的系統工程師Julian Kemmerer就決定使用Julian 的“PipelineC”類 C 硬件描述語言（HDL）、Victor 的解析器，以及數學類型庫的CflexHDL工具來開發，先通過標準編譯在 PC 上運行相同的代碼，然后再通過自定義 C 到 VHDL 轉換器在 FPGA 上運行相同的代碼。

他們的白皮書中提供了有關游戲開發和測試結果的很多詳細信息。比如下文：

該游戲開發需要一些數學函數，包括：浮點加法、減法、乘法、除法、倒數、平方根、平方根倒數、向量點積、向量歸一化等。出于性能原因和設計情況，使用定點對應函數更容易適應目標 FPGA，也更利于與其他類型（整數和浮點數）進行相應轉換。

他們對游戲進行了兩次編譯，一次是在運行 Linux 的 7納米Ryzen 4900H 8 核/16 線程處理器 @ 高達 4.4GHz (45W TDP) 上；另一次則是在FPGA硬件上，也就是Digilent Arty A7- 100T板，帶有 101k LUT FPGA（Xilinx Artix-7 XC7A100TCSG324-1）。

對比來看，在兩個平臺上游戲都可以流暢運行，FPGA 解決方案也可以在 1920×1080 分辨率下以 60 fps 的速度渲染游戲。兩者之間主要的區別在于功耗，FPGA 板的功耗是660 mW，PC 的功耗是 35W。注意，據我了解，該游戲根本沒使用 Ryzen CPU 中的 GPU，而是使用 SIMD 指令來加速游戲。雖然，依靠 GPU 進行 3D 圖形加速的類似游戲消耗可能都挺少的，但仍然還是高于 FPGA 板的。另外，他們此次使用的 FPGA 是28納米制程的，也就是說在與Ryzen CPU 相同的 7納米制程工藝的 FPGA 上預期效率就會提高 6 倍。

大家也可以通過觀看視頻，了解在 CPU 和 Arty-7 FPGA 板上模擬《Sphery vs. Shape》3D 光線追蹤游戲的設計和演示情況。相關視頻鏈接，點擊此處可查看。

用戶也可以在PipelineC-Graphics的GitHub 存儲庫中找到更多詳細信息。圖形演示看起來還是挺酷的。他們的白皮書也解釋過：“PipelineC 還可用于具有硬實時和低功耗要求的其他項目或產品。其中甚至還包括功率和重量參數非常重要的航空航天應用、需要高可靠性和實時處理的工業控制系統、更輕的虛擬和增強現實耳機、網絡應用中的數據包過濾，以及安全和加密應用。

未來，上述應用程序的示例應該都會與 RISC-V CPU和模擬器一起實現。目前他們打算設計一個帶有開源硅知識產權和開源工具的 ASIC，并進行試生產。

原文鏈接：3D game running on FPGA shown to be 50x more efficient than on x86 hardware由Jean-Luc Aufranc撰寫。

文章來源：CNX Software中文站

審核編輯：湯梓紅