在 1985 年，一颗在当时被看作“异类”的芯片 XC2064 横空出世。

回到上世纪 80 年代初，当时的行业主流观点就是最大限度地利用电路中每一个晶体管。但 Ross Freeman（ Xilinx 的共同创始人）却反其道而行之——设计了一种塞满了晶体管芯片，这些晶体管还组成了松散组织的逻辑块，其连接可以通过软件进行配置和重新配置。

Ross Freeman 坚信，因为晶体管会越来越便宜，届时将无人在意这类芯片的晶体管数量。后续的发展证明，Ross Freeman 的猜测非常正确。这种芯片在后来也广泛使用，它们还有一个广为熟知的名字——FPGA。文章开头提到的 XC2064 则是全球第一颗商用 FPGA。

40 年 FPGA，改变了什么？

正如 AMD 在此前发布的一篇回顾首款商用 FPGA 诞生 40 周年的文章中说：“FPGA 对市场的影响是惊人的。FPGA 催生了一个价值超过 100 亿美元的产业。”

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知名分析机构 Yole Group 则在一篇报告中预测， 2023 年至 2029 年期间，FPGA 收入将以 10% 的复合年增长率（ CAGR ）增长，届时将达到 154 亿美元。在 Yole 看来，5G 电信和网络设备的发展趋势以及工业应用的增长正支撑着市场。尤其是在网络加速、数据中心和高级驾驶辅助系统（ ADAS ）应用等高价位领域，对 FPGA 系统的需求正在强劲增长。

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AMD 在文章中也介绍说，FPGA 已在电子领域无处不在，并深深融入到日常生活中。如今，包括 FPGA、自适应 SoC 和系统模块（ SOM ）在内的自适应计算器件已遍布于从汽车、火车车厢与交通信号灯到机器人、无人机、航天器与卫星到无线网络、医疗和测试设备、智慧工厂、数据中心甚至高频交易系统等各个领域。

Kirk Saban 更是以边缘 AI 应用举例说，对于需要进行实时处理，不能够出现时延，同时无办法进行云上的滞后处理的一些任务，都是非常适合 FPGA 的。“另外，我们可以看到它的自适应性也是很强，不同的尺寸、不同的功耗、不同的价格以及不同性能的需求都可以在 FPGA 上得到良好地满足和实现，所以你会看到在 AI 领域的应用，包括一些非常重要的基础设施的 AI 应用，其实都可以用 FPGA 来得以实现。”Kirk Saban 表示。

除了为更多应用开发带来赋能外，FPGA 的诞生，甚至还改变了半导体行业的前进轨迹。这是因为 FPGA 为工程师提供了随时更改芯片设计的自由和灵活性，以在一天内开发和设计出定制芯片的能力。

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“通过打造与软件一样灵活的硬件，FPGA 改变了半导体设计的面貌。这使开发人员第一次能在设计芯片时，如果规格或需求在中途、甚至在制造完成后发生变化，他们可以重新定义芯片功能以执行不同的任务。这种灵活性令新芯片设计的开发速度更快，从而缩短了新产品的上市时间，并提供了 ASIC 的替代方案。”AMD 在文章中说。

文章同时还指出，FPGA 的面世，甚至还助力开创了“无晶圆厂”商业模式，彻底改变了整个半导体行业。因为通过消除对定制掩膜加工和相关的非经常性工程成本的需求，FPGA 能助力加速硬件创新，证明企业不需要拥有晶圆代工厂来打造突破性的硬件——他们只需愿景、设计技能与 FPGA。

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正是因为 FPGA 拥有如此出众的能力，因此自面世以来，过去几十年里有不少厂商进入了这个赛道。而作为 FPGA 的发明者，被 AMD 收购的 Xilinx 无疑是其中的佼佼者。公司也在一如既往地推动 FPGA 创新。

“过去 40 年里，从非常简单的 LUT 查找表和一些简单的逻辑块出发，FPGA 已经在相关的能力方面实现了快速的拓展，包括嵌入式的处理能力、高速的收发器、硬 IP 等都已经在 FPGA 领域得到了实现，所以现在它基本可以从事很多复杂的需要高性能的相关任务。”Kirk Saban 总结说。




据介绍，过去四十年来，AMD（ Xilinx ）已向不同细分市场的超过 7000 家客户交付了超过 30 亿颗 FPGA 和自适应 SoC（结合 FPGA 架构与片上系统和其他处理引擎的器件）。公司也已连续 25 年位居可编程逻辑市场份额的领先地位。

展望未来

在展望未来时，AMD 指出，基于 FPGA 的自适应计算正持续推动边缘 AI 应用的突破，这些应用涵盖自动驾驶、机器人和工业自动化、6G 网络、气候变化、药物研发、科学研究以及太空探索等领域。

“在边缘智能领域，FPGA 有着非常巨大的潜力和机会。”Kirk Saban 强调。他指出，FPGA 有着非常独特的能力，那就是能让开发者决定在器件上部署多少 AI。“在数据中心领域，尤其是需要来进行加速方面的应用，FPGA 可以说是非常好的不二之选。”Kirk Saban 接着说。

在 Kirk Saban 看来，FPGA 还具备其他的一些能力（比如可编程的 I/O ），可帮助客户实现其需求，还可以根据需求来进行定制化的开发。“当有大量的像传感器、摄像头这类设备的时候，边缘侧的应用是需要 AI 的，这些场景也都是 FPGA 技术能发挥作用的领域。”Kirk Saban 直言。

除此以外，如上所述，在汽车领域、机器人领域，AI 的发展都是非常迅速的，这些技术实际上都需要 FPGA。据介绍，现代的汽车其实就像轮子上所装的电脑，这就让 FPGA 能从 ADAS 到自动驾驶，再到舱内车载的娱乐系统等应用上发挥相应的作用。

而要实现这些目标，则需要 FPGA 在多个维度进行创新。例如在硬件方面，除了坚持一如既往的 Chiplet 设计外，还需要在先进工艺上投入，满足更高性能的计算需求。在软件方面，就是 FPGA 供应商需要解决的头等问题。

熟悉 FPGA 的读者应该知道，虽然硬件拥有很多优势，但过去的 FPGA 设计可能非常复杂，需要开发者精通 Verilog 或 VHDL 等硬件描述语言（ HDL ）。同时，FPGA 还需要面对高昂成本以及超高功耗等一系列挑战。有见及此，AMD 在过去一直优化 FPGA 的入门门槛。

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“在这个领域我们一直都在进行大量的投入，我们一直试图提升对于开发人员的易用性，包括减少他们在编程方面的时间以及整个开发的时间，这些都是我们对于客户所做的一些事情。”Kirk Saban 表示。“总体而言，FPGA 的客户群体主要还是 RTL 的开发人员。我们拥有行业内领先的开发工具，Vivado 设计套件和针对嵌入式开发人员的 Vitis 工具，Vivado 侧重于硬件开发人员，而我们的 Vitis 工具套件则适合于软件开发流程。”Kirk Saban 说。

Kirk Saban 告诉半导体行业观察：“对于 FPGA 来说，一个关键的价值主张就是它能够应用现场可编程的能力，以及可升级的能力。在这方面，FPGA 可以说是当仁不让的。FPGA 还有另一个独特的亮点，那就是它有所谓的定制化的存储架构，使客户在定制化的存储架构上进行相应的设计，从而满足他们所需要实施的不管什么类型算法的需求。”

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正是基于这样的见解，AMD 提供了非常广泛的 FPGA 产品，覆盖了最小以及最低功耗（如 Spartan UltraScale+ 和 Artix UltraScale+ ）以及针对不同功耗和性能需求的的产品。如果你只是想要非常纯粹的一种可编程逻辑，AMD 也有很多的产品可以提供。

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