FPGA是“與軟件一樣靈活的硬件”，這重編程邏輯一出現(xiàn)，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)都變樣了。以前芯片設(shè)計(jì)好后，要是規(guī)格、需求變啦，那芯片功能就固定了，只能重來(lái)?？蒄PGA不一樣，就算在中途、制造完成后再變，它也能重新定義芯片功能去執(zhí)行新任務(wù)。開(kāi)了掛一樣，新芯片設(shè)計(jì)速度立馬提起來(lái)，產(chǎn)品上市時(shí)間大大縮短，還能和ASIC分庭抗禮。

這40年，AMD可太猛了，給7000多家不同細(xì)分市場(chǎng)的客戶(hù)，交付了超30億顆FPGA和自適應(yīng)SoC（就是把FPGA架構(gòu)和片上系統(tǒng)以及其他處理引擎合起來(lái)的玩意兒）。AMD還連續(xù)25年穩(wěn)坐可編程邏輯市場(chǎng)份額頭把交椅，它自己也信心滿滿，靠著強(qiáng)大的產(chǎn)品組合和路線圖，以后市場(chǎng)領(lǐng)先地位穩(wěn)了。

聊聊創(chuàng)新加速這事兒

FPGA這腦洞當(dāng)初是Ross Freeman想出來(lái)的，他是賽靈思（如今屬于AMD 家的）聯(lián)合創(chuàng)始人，厲害的工程師。他覺(jué)得除了標(biāo)準(zhǔn)固定功能 ASIC器件，肯定有更棒、更省錢(qián)的芯片設(shè)計(jì)法子。

Ross Freeman（右）鳥(niǎo)瞰XC2064布局

FPGA一出現(xiàn)，工程師可自由更改芯片設(shè)計(jì)，一天就能整出定制芯片。而且，F(xiàn)PGA還帶火了 “無(wú)晶圓廠” 商業(yè)模式，整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都大變樣。

以前做芯片，要定制掩膜加工，那錢(qián)花得不得了。FPGA一來(lái)，這成本就省了，企業(yè)也不用自己有晶圓代工廠，只要有想法、有設(shè)計(jì)技能和FPGA，就能搞出厲害的硬件。

FPGA 的發(fā)展和關(guān)鍵創(chuàng)新

先瞅瞅1985年的XC2064，全球首款商用FPGA，85000個(gè)晶體管、64個(gè)可配置邏輯塊和58個(gè)I/O塊。再看現(xiàn)在AMD的高端FPGA器件，比如Versal Premium VP1902，1380億個(gè)晶體管、1850萬(wàn)個(gè)邏輯單元、2654個(gè)I/O塊、最多6864個(gè)DSP58引擎，還有大把內(nèi)存、安全和接口技術(shù)硬IP。這差距，就是40年的飛速發(fā)展！

這40年，F(xiàn)PGA在電子領(lǐng)域那叫一個(gè)無(wú)處不在，生活里到處都有它。汽車(chē)、火車(chē)、交通信號(hào)燈，機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、航天器和衛(wèi)星，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療、測(cè)試設(shè)備、智慧工廠、數(shù)據(jù)中心、高頻交易系統(tǒng)，各種各樣的地方都能用到。

一起看看關(guān)鍵創(chuàng)新和產(chǎn)品里程碑：

• 1985 年，XC2064，第一款商用 FPGA 出世。
• 20 世紀(jì) 90 年代，XC4000 和 Virtex? FPGA，率先把嵌入式 RAM 和 DSP 集成到無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施里。
• 1999 年，發(fā)布 Spartan 系列，給大容量應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的傳統(tǒng) ASIC 替代方案。
• 2001 年，推出首款集成 SerDes 的 FPGA。
• 2011 年，Virtex-7 2000T 成為首顆采用 CoWoS 封裝的量產(chǎn)器件，推動(dòng)了 2.5D 集成技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在這技術(shù)還是 HPC 系統(tǒng)的基礎(chǔ)，AI GPU 創(chuàng)新也離不開(kāi)它。
• 2012 年，Zynq 系列面世，首款把 Arm CPU 和可編程邏輯結(jié)合的自適應(yīng) SoC 問(wèn)世，同年 Vivado? 設(shè)計(jì)套件推出，軟件開(kāi)發(fā)人員也能輕松搞 FPGA 設(shè)計(jì)。
• 2019 年，首款 Versal 自適應(yīng) SoC 發(fā)布，引入專(zhuān)用 AI 引擎和可編程片上網(wǎng)絡(luò)（NOC）。同年 Vitis? 統(tǒng)一軟件平臺(tái)上線，提供預(yù)先優(yōu)化的 AI 工具和抽象層，加快推理速度。
• 2024 年，第二代 Versal AI Edge 系列登場(chǎng)，把可編程邏輯、CPU、DSP 和 AI 引擎集成到單芯片，實(shí)現(xiàn)端到端 AI 加速，為新一代應(yīng)用提供支持。同樣在 2024 年，Spartan UltraScale+ FPGA 系列上線，AMD 的成本優(yōu)化型 FPGA 和自適應(yīng) SoC 產(chǎn)品組合更豐富，為 I/O 密集型邊緣應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)高效的性能。

Vivado和Vitis軟件對(duì)市場(chǎng)擴(kuò)張功不可沒(méi)。Vivado軟件有高層次綜合、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化和無(wú)縫IP核集成這些高級(jí)功能，開(kāi)發(fā)人員用它能簡(jiǎn)化工作流程、縮短開(kāi)發(fā)周期、提升性能。Vitis開(kāi)發(fā)環(huán)境則帶來(lái)預(yù)優(yōu)化工具和抽象層，加速AI推理。2024.2版本還新增不少功能，比如面向嵌入式C/C++設(shè)計(jì)的獨(dú)立工具，還有簡(jiǎn)化AMD Versal自適應(yīng)SoC使用的增強(qiáng)功能，AMD在這些工具領(lǐng)域持續(xù)投入，讓使用者更高效，還能跟上新的數(shù)據(jù)類(lèi)型和AI模型變化。

FPGA 技術(shù)的演變和邊緣 AI 前景

現(xiàn)在大部分AI任務(wù)都在數(shù)據(jù)中心GPU上跑，但邊緣AI處理增長(zhǎng)迅猛，F(xiàn)PGA技術(shù)就站在各行各業(yè)AI融合應(yīng)用快速增長(zhǎng)的前沿。它能實(shí)時(shí)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行低時(shí)延處理，加速邊緣AI推理。最近小型生成式AI模型出現(xiàn)，AMD覺(jué)得“ChatGPT時(shí)刻”馬上就要到邊緣設(shè)備上啦，這些新模型能在AI PC、車(chē)載系統(tǒng)、工廠機(jī)器人、太空設(shè)備等各種嵌入式應(yīng)用里跑起來(lái)。

FPGA 技術(shù)的演變

看看AMD自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)目前支持邊緣AI工作負(fù)載的案例，一個(gè)比一個(gè)有意思：

• 美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）：AMD Virtex FPGA 幫 NASA 火星探測(cè)器實(shí)現(xiàn) AI 功能，用于圖像檢測(cè)、匹配、校正，還能在數(shù)據(jù)傳回地球前過(guò)濾掉沒(méi)用數(shù)據(jù)。
• 斯巴魯：選中 AMD 第二代 Versal AI Edge 系列自適應(yīng) SoC，要把它用在下一代 ADAS“EyeSight” 駕駛輔助安全系統(tǒng)里，給駕駛安全加碼。
• SICK：AMD Kintex? UltraScale+? FPGA 和 FINN 機(jī)器學(xué)習(xí)框架助力，讓 SICK 的工廠自動(dòng)化包裹檢查又快又準(zhǔn)。
• Radmantis：AMD Kria? 自適應(yīng) SOM 器件上陣，搞實(shí)時(shí) AI 推理，為可持續(xù)魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖出力。
• JR 九州：日本一大子彈頭列車(chē)運(yùn)營(yíng)商，用 AMD Kria SOM 做基于 AI 的軌道檢查系統(tǒng)實(shí)時(shí)圖像處理，保障列車(chē)運(yùn)行安全。
• Clarius：靠 AMD Zynq UltraScale 自適應(yīng) SoC，助力其手持式超聲設(shè)備實(shí)現(xiàn)感興趣區(qū)域 AI 識(shí)別，提升醫(yī)療影像效果。

展望未來(lái)，AMD看著基于FPGA的自適應(yīng)計(jì)算一路推動(dòng)邊緣AI應(yīng)用突破，自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化、6G網(wǎng)絡(luò)、氣候變化應(yīng)對(duì)、藥物研發(fā)、科學(xué)研究、太空探索等領(lǐng)域都大有可為。正值FPGA誕生40周年，AMD對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明滿是自豪，回看它40年來(lái)的發(fā)展歷程和巨大影響力，真心敬佩那些用FPGA技術(shù)不斷推動(dòng)創(chuàng)新芯片設(shè)計(jì)、硬件輔助驗(yàn)證、加快產(chǎn)品上市時(shí)間的開(kāi)發(fā)者。AMD稱(chēng)，自己會(huì)繼續(xù)在接下來(lái)的幾十年里引領(lǐng)這項(xiàng)卓越技術(shù)不斷往前走。

xiesc