在 1985 年，一顆在當時被看作「異類」的晶片 XC2064 橫空出世。

回到 1980 年代初，當時的產業主流觀點就是最大限度地利用電路中每一個電晶體。但 Ross Freeman（ Xilinx 的共同創始人）卻反其道而行之——設計了一種塞滿了晶體管晶片，這些晶體管也組成了鬆散組織的邏輯塊，其連接可以透過軟體進行配置和重新配置。

Ross Freeman 堅信，因為電晶體會越來越便宜，屆時將無人在意這類晶片的電晶體數量。後續的發展證明，Ross Freeman 的猜測非常正確。這種晶片在後來也廣泛使用，它們還有一個廣為熟知的名字—FPGA。文章開頭提到的 XC2064 則是全球第一顆商用 FPGA。

40 年 FPGA，改變了什麼？

正如 AMD 在先前發布的一篇回顧首款商用 FPGA 誕生 40 週年的文章中說：“FPGA 對市場的影響是驚人的。FPGA 催生了一個價值超過 100 億美元的產業。”

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知名分析機構 Yole Group 則在一篇報告中預測， 2023 年至 2029 年期間，FPGA 收入將以 10% 的複合年增長率（ CAGR ）增長，屆時將達到 154 億美元。在 Yole 看來，5G 電信和網路設備的發展趨勢以及工業應用的成長正支撐著市場。尤其是在網路加速、資料中心和高階駕駛輔助系統（ ADAS ）應用等高價位領域，對 FPGA 系統的需求正在強勁成長。

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AMD 在文章中也介紹說，FPGA 已在電子領域無所不在，並深深融入日常生活中。如今，包括 FPGA、自適應 SoC 和系統模組（ SOM ）在內的自適應計算元件已遍布從汽車、火車車廂與交通號誌到機器人、無人機、太空船與衛星到無線網路、醫療和測試設備、智慧工廠、資料中心甚至高頻交易系統等各個領域。

Kirk Saban 更是以邊緣 AI 應用舉例說，對於需要進行即時處理，不能夠出現時延，同時無辦法進行雲上的滯後處理的一些任務，都是非常適合 FPGA 的。 「另外，我們可以看到它的自適應性也是很強，不同的尺寸、不同的功耗、不同的價格以及不同性能的需求都可以在 FPGA 上得到良好地滿足和實現，所以你會看到在 AI 領域的應用，包括一些非常重要的基礎設施的 AI 應用，其實都可以用 FPGA 來實現。」Kirk Saban 表示。

除了為更多應用開發帶來賦能外，FPGA 的誕生，甚至改變了半導體產業的前進軌跡。這是因為 FPGA 為工程師提供了隨時更改晶片設計的自由和靈活性，以在一天內開發和設計出客製化晶片的能力。

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“「透過打造與軟體一樣靈活的硬件，FPGA 改變了半導體設計的面貌。這使開發人員第一次能在設計晶片時，如果規格或需求在中途、甚至在製造完成後發生變化，他們可以重新定義晶片功能以執行不同的任務。這種靈活性令新晶片設計的開發速度更快，從而縮短了新產品的上市時間，並提供了 ASICD 的替代方案 “AMD 在文章中表示。

文章同時也指出，FPGA 的面世，甚至還助力開創了「無晶圓廠」商業模式，徹底改變了整個半導體產業。因為透過消除對客製化遮罩加工和相關的非經常性工程成本的需求，FPGA 能助力加速硬體創新，證明企業不需要擁有晶圓代工廠來打造突破性的硬體——他們只需願景、設計技能與 FPGA。

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正是因為 FPGA 擁有如此出眾的能力，因此自面世以來，過去幾十年來有不少廠商進入了這個賽道。而作為 FPGA 的發明者，被 AMD 收購的 Xilinx 無疑是其中的佼佼者。公司也在一如既往地推動 FPGA 創新。

「過去 40 年裡，從非常簡單的 LUT 查找表和一些簡單的邏輯塊出發，FPGA 已經在相關的能力方面實現了快速的拓展，包括嵌入式的處理能力、高速的收發器、硬 IP 等都已經在 FPGA 領域得到了實現，所以現在它基本上可以從事很多複雜的需要高性能的相關任務。」Kirk Saban 總結說。




根據介紹，過去四十年來，AMD（ Xilinx ）已向不同細分市場的超過 7000 家客戶交付了超過 30 億顆 FPGA 和自適應 SoC（結合 FPGA 架構與系統單晶片和其他處理引擎的裝置）。該公司也已連續 25 年位居可程式邏輯市場份額的領先地位。

展望未來

在展望未來時，AMD 指出，基於 FPGA 的自適應運算正持續推動邊緣 AI 應用的突破，這些應用涵蓋自動駕駛、機器人和工業自動化、6G 網路、氣候變遷、藥物研發、科學研究以及太空探索等領域。

「在邊緣智慧領域，FPGA 有著非常巨大的潛力和機會。」Kirk Saban 強調。他指出，FPGA 有著非常獨特的能力，就是能讓開發者決定在裝置上部署多少 AI。 「在資料中心領域，尤其是需要來進行加速方面的應用，FPGA 可以說是非常好的不二之選。」Kirk Saban 接著說。

在 Kirk Saban 看來，FPGA 還具備其他的一些能力（例如可編程的 I/O ），可幫助客戶實現其需求，還可以根據需求來進行客製化的開發。「當有大量的像感測器、攝影機這類設備的時候，邊緣側的應用是需要 AI 的，這些場景也都是 FPGA 技術能發揮作用的領域。」Kirk Saban 直言。

除此之外，如上所述，在汽車領域、機器人領域，AI 的發展都是非常迅速的，這些技術實際上都需要 FPGA。根據介紹，現代的汽車其實就像輪子上所裝的電腦，這就讓 FPGA 能從 ADAS 到自動駕駛，再到艙內車載的娛樂系統等應用上發揮相應的作用。

而要實現這些目標，則需要 FPGA 在多個維度進行創新。例如在硬體方面，除了堅持一如既往的 Chiplet 設計外，還需要在先進製程上投入，滿足更高效能的運算需求。在軟體方面，就是 FPGA 供應商需要解決的頭等問題。

熟悉 FPGA 的讀者應該知道，雖然硬體擁有許多優勢，但過去的 FPGA 設計可能非常複雜，需要開發者精通 Verilog 或 VHDL 等硬體描述語言（ HDL ）。同時，FPGA 也需要面對高昂成本以及超高功耗等一系列挑戰。有見及此，AMD 在過去一直優化 FPGA 的入門門檻。

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「在這個領域我們一直都在進行大量的投入，我們一直試圖提升對於開發人員的易用性，包括減少他們在編程方面的時間以及整個開發的時間，這些都是我們對於客戶所做的一些事情。」Kirk Saban 表示。 「總體而言，FPGA 的客戶群主要還是 RTL 的開發人員。我們擁有業界領先的開發工具，Vivado 設計套件和針對嵌入式開發人員的 Vitis 工具，Vivado 專注於硬體開發人員，而我們的 Vitis 工具套件則適合於軟體開發流程。」Kirk Saban 說。

Kirk Saban 告訴半導體產業觀察：「對於 FPGA 來說，一個關鍵的價值主張是它能夠應用現場可編程的能力，以及可升級的能力。在這方面，FPGA 可以說是當仁不讓的。FPGA 還有另一個獨特的亮點，那就是它有所謂的定制的存儲架構，使客戶在客製化的儲存架構上進行相應的設計，從而滿足他們所需要實施的不管什麼類型演算法的需求。」

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正是基於這樣的見解，AMD 提供了非常廣泛的 FPGA 產品，涵蓋了最小以及最低功耗（如 Spartan UltraScale+ 和 Artix UltraScale+ ）以及針對不同功耗和性能需求的產品。如果你只是想要非常純粹的一種可程式邏輯，AMD 也有很多的產品可以提供。

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