FPGA在边缘设备上的发展将依靠物联网的助力

（文章来源：电子产品世界）
       随着大数据和云计算的落地，FPGA(现场可编程逻辑器件)在数据中心，基站等IT通信设备上正成为主流，风起云涌的人工智能更加速了FPGA在超级数据中心中的应用，而即将到来的物联网也将推动FPGA的应用进一步扩展到消费电子、汽车电子、工业控制、测试测量等领域， 不仅仅发生在对计算要求高的云端，而且还会出现在数量更加庞大的物联网边缘端。

2010年华为首先提出“云管端”概念，目前“云管端”概念已经延伸到其他行业。“云(Cloud)”既可以指为用户提供云计算和大数据等云服务的集合， 也可以是一种数据汇聚和计算处理的模式， 还可以指设备的云化、电信业务的云化、电信业自身IT设施的云改造等。当然， 我们也可以简单理解为数据中心;

“管(Channel)”是指管道，链接“云”和“端”之间的设备和服务都可统称为管道，提供信息传输能力， 包括交换机、路由器、无线基站、有线接入等设备和服务;“端(Device)”比较容易理解，是指智能设备终端(手机、数据卡、平板电脑、机器人、工业设备等能上网的终端设备)， 主要包括物理终端、操作系统软件和人机界面接口等。“云管端”可以大致对应云计算、雾计算和边缘计算, 区别在于计算能力、功能模块、位置节点和应用场景的不同。

云计算包括公有云和私有云，有IaaS、PaaS和SaaS的云服务，可以进行大数据处理、云计算，实现云端的人工智能等。因为有大型的数据中心，云计算能提供的计算和存储能力最强。例如亚马逊、腾讯、阿里、百度等云服务厂商异地部署数据中心，以提供云计算服务，一个地方数据中心发生故障，另一个地方数据中心仍能保持正常，从而保证业务不掉线。

雾比云更贴近地面，距离用户更近，作为云数据中心和物联网(IoT)设备/传感器之间的中间层。 雾计算主要由边缘网络设备，例如路由器、网关、机顶盒、代理服务器、基站等构成。这些组件可以提供不同的计算、存储、网络功能，并支持服务应用的执行。雾计算促进了位置感知、移动性支持、实时交互、可扩展性和可互操作性。

顾名思义是指处于网络边缘，更靠近用户，更靠近数据发生的物联网终端设备和传感器。边缘计算中，有数十亿计的物联网设备和传感器的数据存储和处理(如图1)，具有多样化、低延时、快速响应、功耗低、永远在线和实时唤醒等功能。

云端的FPGA的主要功能是计算。用于数据中心、人工智能、机器学习、云计算和工业云平台。云端的FPGA应用属于高端高利润市场，主要由赛灵思和Intel PSG部门(注：Intel收购的Altera公司)把持，其他厂商很难进入这个市场。

云端的人工智能最近非常热门，主要包括“离线训练”和“在线判断和服务”两种方式。离线训练是指利用海量数据输入，通过合适的训练方法，实现和验证人工智能算法模型。而在线判断和服务是指利用训练出来的算法模型做出判断，在线响应用户的请求。

通信行业的管道(基站、基站控制、承载、传输等)大量使用FPGA。通信行业是需要实际功能测试和现场测试来进行产品迭代设计的， 不能等到标准成熟才做芯片和产品。 所以各设备厂家为了缩短上市时间，抢占技术先机，会在标准还未冻结之前就推出原型样机，甚至小批量产品。所以FPGA成为通信厂商们的不二选择，一边讨论协议，一边用FPGA开发产品，在客户那里一边测试，一边修改版本。

通信行业下一个增长的大潮应该是5G和物联网，3GPP第一个5G标准今年12月初冻结，预计将于2020年开始部署，并在2023年达到顶峰。而即将到来的物联网时代，NB-IoT等物联网标准也在不断演进，协议不断更新，快速的发展变化推动了FPGA在5G和物联网的应用。

在整个通信管道中，越靠近终端侧，设备的数量越多，用的FPGA量也越多，而越靠近核心网侧，用的FPGA数量越少，但价格更贵。在协议完全冻结后，各设备厂家会逐步以ASIC来替代之前的FPGA，因此FPGA在通信领域主要在初、中期应用比例高，后期可能会被ASIC替代，只留下一些接口类的FPGA。在通信管道领域，主要是赛灵思和Intel PSG之间的竞争，别的厂商很难进入这个市场。

FPGA目前在智能终端设备上已经开始广泛应用，如无人驾驶汽车、机器人、安防监控、电子半导体测试设备、医疗设备、工厂自动化设备、军用设备、消费电子产品、物流运输、AR/VR和游戏设备等。FPGA在这些终端设备中的应用主要考虑能耗效率(性能/能耗)和成本效率(性能/价格)，而在消费电子行业中，这种对功耗和性价比的追求更是达到了极致。