作为嵌入式系统核心，FPGA如何从产品和系统侧赋能创新？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）根据《2023-2028年中国FPGA芯片行业发展前景预测及投资战略咨询报告》，2022年全球FPGA市场规模为79.4亿美元，2023年增长至93.6亿美元，从2016年到2023年的年复合增长率为10.1%。从市场规模和增速不难看出，FPGA依然是一个小而美的市场，但深刻影响着全球各行业的科技创新。

在2024上海国际嵌入式展（embedded world China），作为低功耗可编程器件领先供应商，莱迪思再一次展示了自己的创新领导力。同时，在全球边缘AI爆发的当下，莱迪思对FPGA的产品创新也有了新的思考和规划。

FPGA引领终端创新

据介绍，本届embedded world China，莱迪思面向AI、汽车和工业领域设计了8个特色展台，展示FPGA在计算、数据并行、接口定义和车规级品质等方面的能力。

比如在汽车领域，莱迪思展示的其中一款方案是Local Dimming。莱迪思亚太地区应用工程高级总监Frank Xie表示，Local Dimming属于eDisplay解决方案里面的一部分，莱迪思在这方面提供包括视频处理、缩放和宽动态等方面的完整解决方案。“此次展出的demo主要是展示Local Dimming在背部调光方面的能力，背光显示面板的显示质量很大程度上取决于背光板的亮度控制，传统方案是采用统一的光源，就会出现‘黑色发白’和‘亮区发暗’等问题，莱迪思的Local Dimming可以把屏幕分成非常小的分区，在高端显示器或者汽车中控屏、副驾屏方面，这个分区数量可以达到2048甚至是数千的规模，然后每一个分区由独立的LED来作为背光，这样能够显著提升屏幕的对比度，带来更好的观看体验。”



在汽车领域，莱迪思展示的另一款方案是CMS应用demo。CMS的设计挑战在于，光学和摄像头成像具有一定的差异性，CMS采用摄像头成像的方案，抑制强光和红绿灯频率捕捉等都会对摄像头成像造成很大的挑战。Frank Xie指出，“莱迪思的方案不仅能够为汽车CMS实现相关的功能，同时也能够提供额外的功能安全模块，目前已经和国内几家车厂形成了合作。”



在AI方面，莱迪思今年带来了更强的sensAI。sensAI包括了评估、开发和部署基于FPGA的机器学习和人工智能解决方案所需的一切——模块化硬件平台、演示示例、参考设计、神经网络IP核、软件开发工具和定制设计服务。通过将内置摄像头与在莱迪思行业领先的低功耗FPGA上运行的机器学习模型相结合，莱迪思sensAI智能视觉传感技术可以追踪用户在使用设备时的注意力，让PC更加智能，更好地感知周围环境。莱迪思现场演示人员在展示sensAI新demo时，不仅演示了通过注意力进行菜单选择的功能，同时当演示人员注视到一定时间之后，电脑会自动打开文件夹。“这个功能是在去年的注意力感知软件开发套件的基础上引申出来的新功能。”



Frank Xie指出，莱迪思sensAI智能视觉传感技术也可以用于用户检测，当一个用户完成识别之后，除了他（她）之外没有人可以打开这台PC。“也已经有客户将我们sensAI的注意力机制的方案引入AR眼镜里，通过用户的眼球来进行选择，提供更加丰富的控制功能。”

边缘AI大潮下，FPGA也在积极应变

在本届embedded world China上，最热门的话题无疑就是边缘AI，FPGA也是实现边缘AI重要的核心元件之一。那么，为应对边缘AI的爆发性需求，FPGA会有怎样的变化呢？

Frank Xie表示，“莱迪思的地位是让我们的芯片能够更加适用于打造边端的AI功能。首先，低功耗一直以来都是莱迪思FPGA的主要优势。其次，在性能方面，我们在最新推出的Avant系列上，优化了DSP架构使其更加适用于边缘AI方案，相较于我们之前的产品，Avant系列FPGA里的DSP能够处理更多的数据。”

据介绍，莱迪思Avant系列基于16nm FinFET平台，该平台提供强大的25 Gb/s SERDES、硬核PCI Express和外部存储器PHY接口，以及适用于最新AI/ML和计算机视觉算法的大量DSP。“2023年，我们推出了Avant-E系列，可提供中端FPGA中极高的DSP和存储逻辑比，支持高速外部存储器。基于这款产品，我们和国内早期客户的合作已经到了小批量研制过程，主要是视频处理的客户。”

除了更先进的制程和更新的产品系列，FPGA产品形态也在随着需求的变化而变化，也就是从FPGA到SoC。针对这种变化，Frank Xie回应称，“FPGA一旦发展到一定规模以后，肯定会走到片上系统，这不光是规模大了以后的自然需求，也是客户对FPGA厂商的要求，因为有这么多资源以后，自然希望芯片平台把越来越多的资源融合进来。做片上系统会有几个方案，比如以软核的方式实现MCU，也可以选择ARM核，不同FPGA厂商在做产品定义时会有不同的抉择。目前，国内几家FPGA厂商已经在硬核方面有所动作，莱迪思已有产品里面还没有真正把硬核放在里面，软核只要有足够多的资源就可以放进去。但是，在莱迪思规划的线路图里面是有包含硬核的片上系统的。”

结语

FPGA一直以来都是引领创新的器件，因为一旦成熟的应用，用户更加倾向于使用ASIC。在不断的创新驱动下，中低端FPGA也在逐渐拥抱更先进的制程和更复杂的产品形态，这种蜕变将能够让FPGA更好地赋能嵌入式系统创新。