FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)，乍一說起這個(gè)名字，很多朋友可能并不是太熟悉。

畢竟，它不像CPU、GPU那么歷史悠久、耳熟能詳，甚至不像NPU、DPU之類的新概念那么熱門。

但是，F(xiàn)PGA的重要性，比起CPU、GPU、NPU等等絲毫不遑多讓，可以說是它徹底改變了整個(gè)半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)與應(yīng)用的面貌，開啟了一個(gè)全新的時(shí)代，并催生了一個(gè)價(jià)值超過100億美元的產(chǎn)業(yè)。

所謂FPGA，是在可編程陣列邏輯(PAL)、通用陣列邏輯(GAL)、可擦除可編程邏輯器件(EPLD)等半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展而來的一種可完成通用功能的可編程邏輯芯片，也就是可以對其進(jìn)行任意編程，從而實(shí)現(xiàn)豐富多樣的邏輯處理功能。

作為專用集成電路(ASIC)中的一種半定制電路，F(xiàn)PGA既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

它具有更高的集成度、更強(qiáng)的邏輯功能、更大的靈活性，早已成為設(shè)計(jì)數(shù)字電路或系統(tǒng)的首選器件之一。

FPGA內(nèi)核圖示例

FPGA領(lǐng)域的主要品牌有：賽靈思(2022年被AMD收購)、Altera(2016年被Intel收購2025年又賣出)、Lattice、Actel(2010年被Microsemi收購2018年又被Microchip收購)、Achronix。

1985年6月，第一款FPGA產(chǎn)品誕生，它就是賽靈思的XC2064，發(fā)明人是賽靈思聯(lián)合創(chuàng)始人、電氣工程師Ross Freeman(1948-1989)。

整整40年來，F(xiàn)PGA已經(jīng)累計(jì)出貨超過30億顆，在半導(dǎo)體、通信、交通、金融、工業(yè)、醫(yī)療、機(jī)器人、無人機(jī)、數(shù)據(jù)中心、航空航天等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

40年來，F(xiàn)PGA的晶體管從8.5萬個(gè)增長到1380億個(gè)，邏輯單元從64個(gè)增長到1850萬個(gè)，I/O塊從58個(gè)增長到2654個(gè)，功能也越發(fā)強(qiáng)大、豐富。

可以說，F(xiàn)PGA見證了半導(dǎo)體歷史的演變，也見證了人類科技的飛躍。

Ross Freeman（右）鳥瞰XC2064布局

近日，我們有幸采訪了AMD產(chǎn)品、軟件和解決方案公司副總裁Kirk Saban，一起聊了聊FPGA的那些事兒，尤其是如何適應(yīng)當(dāng)下的AI浪潮，以及未來怎么走。

Kirk Saban的整個(gè)職業(yè)生涯都在深度參與FPGA相關(guān)工作，從1999年開始編程FPGA，在此領(lǐng)域深耕了超過25年的時(shí)間，此前一直是賽靈思FPGA團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，如今也加入了AMD的大家庭。

相比Intel收購Altera如今又賣出其51％的股份，賽靈思與AMD的融合雖然來得晚一些，但無疑更加深入、契合，可以說在AMD的整個(gè)計(jì)算架構(gòu)體系中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，是極為重要的一環(huán)。

Kirk Saban表示，對于各種各樣不同的計(jì)算技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的使用，比如CPU、GPU、ASIC等等，AMD都有相應(yīng)的能力，提供了行業(yè)內(nèi)已有的各種主要計(jì)算平臺(tái)類型。

而FPGA在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域有著關(guān)鍵的應(yīng)用價(jià)值，尤其是需要來進(jìn)行加速的應(yīng)用，F(xiàn)PGA可以說是非常好的不二之選，更讓AMD如虎添翼，可以為客戶定制各種產(chǎn)品方案，針對其不同的工作負(fù)載推薦合適的解決方案。

同時(shí)，AMD一直都在盡最大的努力，開發(fā)恰當(dāng)?shù)腁I編譯器等各種軟件技術(shù)，應(yīng)用于FPGA中，并為此做了多樣化的投資與并購，不斷打磨和增強(qiáng)AI軟件生態(tài)系統(tǒng)，充分釋放硬件潛能，從而更好地進(jìn)行嵌入式AI應(yīng)用的開發(fā)。

2023年8月，AMD收購了法國的AI軟件公司Mipsology，其作為AMD的長期合作伙伴，一直在為AMD開發(fā)AI推理與優(yōu)化解決方案，搭配AMD FPGA產(chǎn)品，支撐AMD開發(fā)全套AI軟件堆棧。

Kirk Saban認(rèn)為，對于FPGA來說，在這個(gè)AI時(shí)代，最適合的應(yīng)用場景就是在邊緣側(cè)，尤其是需要實(shí)時(shí)處理、需要實(shí)時(shí)決策、不能出現(xiàn)延遲、無法在云上滯后辦理的業(yè)務(wù)。

可以看到，F(xiàn)PGA的自適應(yīng)性是很強(qiáng)的，不同的尺寸、不同的功耗、不同的價(jià)格、不同的性能需求，都可以在FPGA上得到良好地滿足和實(shí)現(xiàn)，所以會(huì)看到在AI領(lǐng)域的很多應(yīng)用，其實(shí)都可以用FPGA來實(shí)現(xiàn)，包括一些非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施的AI應(yīng)用。

比如在通常情況下，GPU的功耗往往偏高，在邊緣側(cè)經(jīng)常無法滿足，這就輪到FPGA大展拳了。

比如邊緣側(cè)存在大量傳感器、攝像頭等設(shè)備的時(shí)候，通常情況下都是需要AI的，F(xiàn)PGA技術(shù)可以非常好地發(fā)揮作用。FPGA和自適應(yīng)SoC能實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的低時(shí)延處理，從而加速邊緣端AI推理。

另外，F(xiàn)PGA具備其他一些CPU、GPU所沒有的能力，比如可編程的I/O，這是非常靈活的，可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)其特定需求，還可以根據(jù)需求進(jìn)行定制化的開發(fā)。

說到邊緣側(cè)應(yīng)用，越來越多的小語言模型(SLM)和多模態(tài)模型正在邊緣側(cè)設(shè)備上出現(xiàn)，面對這一趨勢，兼具靈活性和可編程性的FPGA又如何適應(yīng)呢？

Kirk Saban解釋說，AMD已經(jīng)在邊緣側(cè)做了很多工作，試圖打造一個(gè)一體化的軟件框架，使得客戶可以使用AMD的硬件，在此框架內(nèi)訓(xùn)練他們的模型，進(jìn)行推理相關(guān)部署。

在此過程中，非常重要的一點(diǎn)就是把合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器部署在客戶的器件上，同時(shí)它還兼具可編程邏輯塊，這就有了相應(yīng)的靈活性。

在這方面，AMD Versal系列產(chǎn)品就非常合適，可以確保提供合適的NPU，與想要部署的任何類型的模型匹配。

Kirk Saban認(rèn)為，未來我們將越來越多地看到，一些智能器件部署在在邊緣側(cè)，在這一趨勢下，會(huì)有越來越多的以邊緣為基礎(chǔ)的互聯(lián)器件，最終使得所有設(shè)備都是互聯(lián)的，就是我們常說的“萬物互聯(lián)”。

在這個(gè)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA就有著巨大的潛力和機(jī)會(huì)，因?yàn)镕PGA就有這樣獨(dú)特的能力，讓用戶自行決定想要在這個(gè)器件上部署多少AI，這是一個(gè)非常重要的節(jié)點(diǎn)。

在未來，我們會(huì)看到很多在邊緣側(cè)部署AI的獨(dú)特案例。整個(gè)市場正在不斷演進(jìn)，AMD就可以很好地契合這個(gè)動(dòng)態(tài)的演進(jìn)過程。

總的來說，AI浪潮的興起，對于計(jì)算性能的需求又達(dá)到了一個(gè)新的高度，也對整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)提出了更高的要求。

AI時(shí)代，AMD有著非常獨(dú)特、非常關(guān)鍵的定位，可以提供多種不同的計(jì)算方式，從數(shù)據(jù)中心CPU到消費(fèi)級(jí)CPU，從數(shù)據(jù)中心GPU到消費(fèi)級(jí)GPU，還有嵌入式處理器和FPGA應(yīng)用，都可以很好地滿足不同領(lǐng)域的計(jì)算需求，尤其是AI方向。

正是有了如此豐富的產(chǎn)品方案，AMD才能夠以最大的能力輔助客戶解決問題，幫助客戶選擇最適合具體需求的計(jì)算芯片。

有趣的是，Kirk Saban透露，AMD還在積極探索為芯片開發(fā)工具引入AI助理的潛力，盡管還沒有任何正式宣布，但是AMD已經(jīng)看到了其中蘊(yùn)藏的巨大價(jià)值。

經(jīng)過40年的發(fā)展，F(xiàn)PGA正步入新的發(fā)展階段，技術(shù)迭代上出現(xiàn)了很多新的趨勢和方向，比如進(jìn)一步SoC化、進(jìn)一步增加LUT數(shù)量、chiplets多芯粒整合封裝、ASIC原型測試與測量，等等。

比如2011年誕生的Virtex 7系列，就是世界上第一個(gè)采用堆疊硅片互聯(lián)(SSI)技術(shù)制造的FPGA器件，之后廣泛應(yīng)用于各種FPGA產(chǎn)品，同時(shí)CPU處理器越來越多地依賴芯粒技術(shù)，高端GPU加速器普遍采用芯粒技術(shù)結(jié)合HBM內(nèi)存。

在這方面，AMD無疑有著悠久的歷史和成熟的經(jīng)驗(yàn)，正不斷導(dǎo)入FPGA產(chǎn)品，助推其未來發(fā)展。

同時(shí)，未來還有一個(gè)顯著的趨勢，那就是先進(jìn)半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)的一些成本正在快速下降，因此先進(jìn)芯片產(chǎn)品可以使用非常先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，AMD FPGA產(chǎn)品也正在這方面不遺余力地進(jìn)行研發(fā)，不遠(yuǎn)的將來就會(huì)看到一些基于最新研發(fā)成果的新產(chǎn)品上市，都是基于芯粒技術(shù)。

Kirk Saban認(rèn)為，F(xiàn)PGA可以說正在諸多新的領(lǐng)域大展宏圖，很好地滿足對于功耗、性能等指標(biāo)的不同需求。

隨著AI的崛起，可以說又為FPGA注入了新的生命力，比如看到很多FPGA和NPU相結(jié)合的應(yīng)用，所以對于FPGA來說，它的價(jià)值主張一直都沒有改變，在需要再編程的硬件領(lǐng)域仍然有著非常廣闊的施展空間。

迄今為止，F(xiàn)PGA市場年復(fù)合增長率仍然有7-9％，勢頭依然旺盛。

Kirk Saban還強(qiáng)調(diào)，AMD一直都是非常急切地聆聽客戶的需求，尤其是客戶在未來發(fā)展方面的需求，AMD一直都在做這樣的事情，進(jìn)而通過不同產(chǎn)品來滿足客戶的不同需求。

如果FPGA解決方案對于某一個(gè)具體的市場應(yīng)用來說是最合適、最恰當(dāng)?shù)脑挘覀兙涂梢允褂肍PGA，同時(shí)AMD也打造了不同類型的以邊緣為基礎(chǔ)的SoC，可能有也可能沒有可編程的邏輯，取決于客戶的需求到底是什么，以及客戶的未來預(yù)期是什么。

未來，我們會(huì)繼續(xù)看到FPGA不斷開發(fā)和演進(jìn)，尤其是在以邊緣為基礎(chǔ)的SoC產(chǎn)品方面，AMD會(huì)有一系列不同的產(chǎn)品和技術(shù)，解決客戶不同的需要。

可以說，F(xiàn)PGA技術(shù)是嵌入在全世界各種各樣不同的應(yīng)用中的，它可能也是全世界非常重要的，但卻最不為人知的一項(xiàng)技術(shù)，知名度顯然遠(yuǎn)不如GPU、CPU，但重要性絲毫不遑多讓。

FPGA已經(jīng)迎來了40周歲生日，這是一個(gè)非常重要的里程碑，證明了FPGA技術(shù)在行業(yè)里的不可或缺性，也彰顯出了其勃勃生機(jī)。

在這個(gè)風(fēng)起云涌的AI時(shí)代，F(xiàn)PGA依然能找到自己不可替代的重要位置，貢獻(xiàn)獨(dú)特的力量，推動(dòng)各種各樣的應(yīng)用和創(chuàng)新。

FPGA的未來，依然可期！AMD FPGA的未來，更是可期！