从云端到边缘推动FPGA应用拓展

一直以来，FPGA的应用很大程度受到通信市场主导，但随着人工智能、大数据、云计算、智能汽车以及物联网边缘计算的发展，FPGA的需求大增，FPGA的市场重心也在发生转变。

从云端到边缘推动FPGA应用拓展

近年来FPGA最引人关注的变化趋势之一就是应用领域不断拓展。通信、工控等是FPGA传统的应用市场，然而近年来随着云计算、大数据、人工智能、物联网等的发展，FPGA开始向新领域扩展。

首先在以消费电子为代表的智能终端设备中，接口越来越丰富，同时又需要保持小体积和低功耗，这就要求底层器件可以更灵活地支持接口转换与胶合逻辑，使得低密度FPGA有了更多用武之地，比如Lattice在此领域就非常领先。其次，越来越多的AI运算开始在边缘计算领域执行，比如音视频的采集和预处理，它们需要支持简单或中等复杂度的算法和IP，这又给了中低密度FPGA 以机会。最后，云端需要支持高速SerDes，高速FPGA正在成为必需。

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FPGA之互联网应用

微软亚洲研究院异构计算组副研究员张宸指出：“这些年人工智能的崛起，依靠的是深度神经网络算法大型多层的网络模型，典型的有循环神经网络和卷积神经网络为代表。这样的模型一次推断（inference）通常需要数十亿甚至上百亿次的运算，而在线的服务系统的响应时间在毫秒量级。这就意味着每秒上万亿次（TFLOPS）甚至百万亿次的运算性能，同时对器件的体积、功耗还有一定的约束。这使得我们期待数据中心的高性能计算硬件应当具备如下优势：低延迟，低开销和规模化。在数据中心，FPGA 相比 GPU 的核心优势在于低延迟，使用 FPGA 来加速的话，只需要微秒级的 PCIe 延迟（微软现在的 FPGA 是作为一块 PCIe 加速卡），对通信密集型任务，FPGA 相比 CPU、GPU 的优势就更大了。”时至今日，微软已经在数十万台云服务器上部署了 FPGA 。微软目前也是在数据中心的 FPGA 应用上投入最大的互联网公司。

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FPGA之边缘计算

快速兴起的网络边缘计算对于FPGA的应用需求也在增加。莱迪思半导体亚太区资深事业发展经理陈英仁表示：“受延迟、隐私和带宽限制的驱动，FPGA正在被越来越多布署于物联网系统设备当中，超低功耗灵活推理的需求亟待满足。”Semico Research市场研究公司的数据显示，使用人工智能的网络边缘设备数量将以110％的复合年增长率爆发式增长。

概括而言，人工智能、大数据、云计算、ADAS、物联网、机器人、可穿戴设备，5G通信设备、网络交换、工业控制、金融设备、安防监控、视频驱动、医疗仪器、汽车电子、家用电器、信息安全等都将是未来FPGA的重要应用市场。2017年全球FPGA规模市场约为50亿美元。而日前高盛发布的报告中，预测未来5年FPGA市场规模将达到100亿美元，到2025年将增长到120亿美元。

从技术到品牌

国产FPGA追赶空间巨大

FPGA一直是个高度垄断的行业，赛灵思、英特尔（Altera）、微芯（Microsemi）和Lattice几家美国企业垄断了全球绝大部分市场。尽管理论上新兴市场的出现，给新进入者带来更多发展机会，但是在实际操作过程中面临的挑战依旧很大。

有些新兴市场可望未必可及，特别是对于高密度、高性能的FPGA而言，不仅硬件设计难度大，中国企业在硬核IP资源上也存在滞后，软核IP储备欠缺，软件性能与国外厂家差距也很大。

从产品本身的水准来看，中国企业想要发展起来还有很长的路要走。“五年的时间算少，多的可能需要8到10年。

除了技术上的差距之外，品牌认知上的差距也非常明显。“中兴事件只是在大环境上给了国内公司一些触动，使它们认识到供应链管控的重要性。可是落实到具体产品中的时候，国内供应商遇到的困难还是很多，客户对于国内企业的品牌认可度不高，担心是否可以持续供货等，甚至对于产品设计工具的学习都有一个过程。方方面面加起来，发展国产FPGA，觉得压力还是非常大的。

从差异化竞争到自主可控

FPGA领域需要长期努力

那么如何才能实现国产FPGA的突破呢？差异化是中国FPGA企业的必走之路。国内厂商应该根据芯片本身的特点以及行业进入的难度出发，从小处着眼，从低密度FPGA产品开始突破，逐渐向中高密度FPGA发展。总之，我们不能简单复制国外产品，而要仔细研究细分市场，新产品有什么特殊的需要，然后对我们产品局部特性进行优化，以适应用户需求。比如现在很多智能设备的视频采集都会要求有高速接口，我们就在芯片上把高速MIPI做好，相比其他产品在同等密度下速度更快，同时我们也会做更多类似的参考设计，使应用更加便捷。这些都是差异化的例子。

无论是差异化的市场策略，还是产业生态体系的建立，都是中国FPGA发展过程中的必修课。而只有逐步建立起自主可控+自主创新FPGA产品体系，首先体现在具备自主研发可编程逻辑器件核心架构的能力上，其次体现在具备自主研发FPGA器件配套软件工具的能力上，中国FPGA才算真正立足。这是中国FPGA发展的关键。

希望中国FPGA产业能够早日实现腾飞.