北京半導體(tǐ)行業協會公(gōng)衆平台發表了我司CEO王海力博士的一篇文(wén)章《在異構計算時代下FPGA的演變與創新(xīn)》，以下為(wèi)文(wén)章内容：

集成電(diàn)路芯片是工(gōng)業的糧食，是制造所有(yǒu)電(diàn)子産(chǎn)品的基本器件。集成電(diàn)路技(jì )術頂峰的四大高端通用(yòng)芯片包括：CPU（中(zhōng)央處理(lǐ)器）、DSP（數字信号處理(lǐ)器）、FPGA（現場可(kě)編程邏輯門陣列）和 Memory（存儲器）。

作(zuò)為(wèi)制造業大國(guó)，中(zhōng)國(guó)近幾年每年進口集成電(diàn)路芯片超過 2000 億美元，2018年甚至突破 3000 億美元，是中(zhōng)國(guó)最大宗的外彙進口商(shāng)品。然而中(zhōng)國(guó)高端通用(yòng)芯的自給率不到 10%，為(wèi)國(guó)内的集成電(diàn)路企業提供了巨大的市場發展空間。中(zhōng)國(guó)政府已将發展民(mín)族集成電(diàn)路産(chǎn)業作(zuò)為(wèi)國(guó)家戰略，設立了 1380 億的第一期國(guó)家集成電(diàn)路産(chǎn)業發展基金，第二期大基金已經募集超 2000 億元。許多(duō)地方政府也各自設立了數百億元的地方産(chǎn)業基金，同時國(guó)家制定政策扶持國(guó)産(chǎn)芯片替代進口芯片，有(yǒu)力地提高了中(zhōng)國(guó)集成電(diàn)路企業上下遊的産(chǎn)品競争優勢。可(kě)編程 FPGA 技(jì )術于上個世紀 80 年代初由美國(guó)賽靈思 Xilinx 公(gōng)司發明。近 40年來，先後有(yǒu)超過 60 家以上的公(gōng)司從事過 FPGA 技(jì )術與産(chǎn)品的研發，其中(zhōng)包括Intel、IBM、AMD、TI、GE、AT&T、摩托羅拉、朗訊、三星、東芝、飛利浦等實力雄厚的大公(gōng)司，但絕大多(duō)數在耗費了上億美元後功虧一篑！目前全球僅存的四家FPGA 上市公(gōng)司全部位于美國(guó)矽谷。歐洲、日本、韓國(guó)、台灣等經濟強國(guó)或地區(qū)尚未真正掌握其核心技(jì )術！FPGA 芯片産(chǎn)業幾乎 100%被美國(guó)壟斷。顯然，中(zhōng)國(guó) FPGA芯片 99%以上也都依賴于進口。中(zhōng)國(guó)還未形成自己的 FPGA 産(chǎn)業。

目前全球僅 4 家 FPGA 上市公(gōng)司，且均在美國(guó) FPGA。其中(zhōng)美國(guó)前兩大公(gōng)司賽靈思 Xilinx 和英特爾 Intel（2015 年花(huā)了 167 億美金巨資收購(gòu)了第二大 FPGA 廠商(shāng)Altera）對FPGA 技(jì )術和産(chǎn)品占絕對壟斷地位，市場占有(yǒu)率近 90%。國(guó)内使用(yòng)的 FPGA芯片基本全部依賴于進口。美國(guó)政府對我國(guó) FPGA 産(chǎn)品與技(jì )術出口進行苛刻的審核和禁運，使得我國(guó)在通信電(diàn)力、安(ān)防監控、國(guó)防軍工(gōng)、航空航天、國(guó)家安(ān)全以及新(xīn)一代信息技(jì )術等領域都受到嚴重制約。華為(wèi)、中(zhōng)興是全球 FPGA 芯片的最大客戶，每年采購(gòu)數億美金的 FPGA 芯片。2018 年 4 月美國(guó)制裁中(zhōng)興事件，其中(zhōng)被禁運的核心芯片之一就有(yǒu) FPGA。前幾年中(zhōng)國(guó)背景的投資機構試圖花(huā)大代價收購(gòu)美國(guó)第三家 FPGA 企業，但先後被兩屆美國(guó)政府以影響國(guó)家安(ān)全與戰略為(wèi)由多(duō)次否掉。因此，研發自主可(kě)控的 FPGA 技(jì )術與産(chǎn)品對打破美國(guó)在 FPGA 行業的壟斷意義深遠(yuǎn)。

作(zuò)為(wèi)經濟建設和國(guó)家安(ān)全各個領域不可(kě)或缺的關鍵器件之一，FPGA 對中(zhōng)國(guó)電(diàn)子産(chǎn)業的發展至關重要。擁有(yǒu) FPGA 技(jì )術的産(chǎn)品具(jù)備可(kě)編程、自重構、易擴展、廣适用(yòng)、多(duō)集成、高可(kě)靠、強算力、長(cháng)周期等特點。其競争優勢是當終端産(chǎn)品或整機使用(yòng) FPGA 作(zuò)為(wèi)核心芯片時，能(néng)通過“應用(yòng)驅動軟件，軟件編程硬件、硬件重構平台、平台實現系統”的方式，自适應并安(ān)全地調整頂層及中(zhōng)間層的軟件代碼、重構底層的硬件電(diàn)路，快速适配市場應用(yòng)領域的差異化需求。基于 FPGA 技(jì )術的獨特優勢，其應用(yòng)領域也非常之廣，涉及通信設備、網絡交換、工(gōng)業控制、金融設備、安(ān)防監控、視頻驅動、醫(yī)療儀器、汽車(chē)電(diàn)子、家用(yòng)電(diàn)器、定位導航、火箭衛星、導彈雷達、電(diàn)子對抗，以及人工(gōng)智能(néng)、機器人、大數據、雲計算、物(wù)聯網、可(kě)穿戴、自動駕駛、智能(néng)家居、智慧城市等各個産(chǎn)業領域。FPGA 經常會和 ASSP（标準專用(yòng)産(chǎn)品）、ASIC（專用(yòng)集成電(diàn)路）等芯片相比。但FPGA 一定是可(kě)定制可(kě)編程的，且産(chǎn)品上市時間周期非常快，寫完程序就可(kě)以推廣産(chǎn)品。一般而言，做新(xīn)産(chǎn)品設計的時候，首先就會用(yòng) FPGA 來做。工(gōng)具(jù)、研發費用(yòng)總體(tǐ)下來不會太貴，風險也比較低，相當于僅是投入了工(gōng)程實現的成本開銷。另外，對于一些正在興起的非标準化的應用(yòng)，FPGA 是非常合适的；但是對于應用(yòng)需求量大，高性能(néng)要求高、低成本要求低的産(chǎn)品，FPGA是不太合适的。相對而言，ASSP 和 ASIC 有(yǒu)它相應的優勢。

從産(chǎn)品化角度來講，在開始階段我們使用(yòng)了 FPGA，後續就是降成本 ASIC 化，這是慣用(yòng)的思維，也是通常的做法。但是随着技(jì )術的演進，FPGA 發生了一些改變。從 90 年代末到 2010 年後的這十年間，很(hěn)多(duō)客戶開始做方案設計，大部分(fēn)都是用(yòng)ASIC 方式，可(kě)随着時間的推移逐年減少。也就是說雖然做 ASIC 總量設計的個數大于用(yòng) FPGA 做産(chǎn)品的，但是趨勢是下降的。另外一個方面來看，1999 年之前沒有(yǒu)異構計算這種模式，但 2000 年後就有(yǒu)一部分(fēn)的客戶或開發團隊就開始使用(yòng)微處理(lǐ)器和 FPGA 協同設計的方法。在随後幾年推出的 FPGA 上，方案中(zhōng)經常需要運行軟的微處理(lǐ)器。所以，可(kě)以看到這種異構計算的設計模式越來越多(duō)，之後将微處理(lǐ)器單元形成了固化的 IP，集成到 FPGA 中(zhōng)，變成了微處理(lǐ)器加 FPGA 系統，即不久FPGA 廠商(shāng)就推出了 ARM 作(zuò)為(wèi)硬核的 CPU 加FPGA 可(kě)編程的 SoC 産(chǎn)品。FPGA 也從麻雀變成了鳳凰，原來 FPGA 僅做一些塊邏輯，進行簡單的運算。

到了 2000 年以後，出現了一些簡單處理(lǐ)系統平台的較為(wèi)複雜邏輯。2008 年到 2016年，一些面向領域的優化的系統功能(néng)放在 FPGA 上實現。2012 年左右出現了微處理(lǐ)器集成，同時集成更多(duō)的處理(lǐ)運算功能(néng)。現在開發者在實現方案時經常面向應用(yòng)領域去做，既要考慮專用(yòng)，也要考慮通用(yòng)。在特别固定的應用(yòng)中(zhōng)，ASIC 一定是最經濟劃算的。但在不是特别清楚的應用(yòng)功能(néng)情況下，開發者會偏向于使用(yòng)FPGA。另外，現在的 FPGA 具(jù)備小(xiǎo)型化、低功耗、低成本、高性能(néng)的特性，在一些消費終端（如移動手機）等市場，也有(yǒu) FPGA 身影。随着人工(gōng)智能(néng) AI（ArtificialIntelligence）、大數據（Big Data）、雲計算（CloudComputing）、數據中(zhōng)心（Data Center）、ADAS、物(wù)聯網、機器人、可(kě)穿戴等新(xīn)興市場應用(yòng)需求的日益細分(fēn)和大力發展，以新(xīn)型的CPU+GPU、CPU+FPGA、GPU+FPGA、固化深度學(xué)習算法的人工(gōng)智能(néng)專有(yǒu)芯片（如 TPU、NPU 等）的混合計算架構逐漸取代傳統單一計算模式的架構，成為(wèi)集成電(diàn)路領域應用(yòng)發展的主流方向之一。

AI 進入爆發期，核心芯片是關鍵。人工(gōng)智能(néng)技(jì )術體(tǐ)系分(fēn)為(wèi)基礎層、技(jì )術層與應用(yòng)層，其中(zhōng)基礎層的核心處理(lǐ)芯片和大數據是支撐 AI 技(jì )術發展的關鍵要素。AI 芯片市場規模 2016 年達 23.88 億美元，據測算，2020 年可(kě)達 146.16 億美元，5年複合年均增長(cháng)率 CAGR 達 43.67%。目前 AI 的核心算法是深度學(xué)習，其“訓練”部分(fēn)主要在雲端（服務(wù)器端）進行，主要使用(yòng) GPU 進行模型訓練；而“推斷”部分(fēn)則在雲端（中(zhōng)間端）和終端（産(chǎn)品端）分(fēn)别進行，大量使用(yòng) FPGA 進行異構加速。兩大過程對芯片要求極高，傳統類型的芯片（如 CPU）計算力顯然不足，研發具(jù)備新(xīn)架構特點的芯片（CPU+GPU、CPU+FPGA 等）将成為(wèi)未來 AI、大數據與雲計算發展的基石之一。

因此，将 CPU、GPU、DSP、FPGA、Memory 等多(duō)種異構單元集成在同一芯片上并具(jù)有(yǒu) HSA（Heterogeneous System Architecture）混合可(kě)編程模式的異構計算芯片将代表着集成電(diàn)路産(chǎn)業新(xīn)的發展趨勢之一，其市場規模将迅速超過幾百億，而随之衍生的産(chǎn)品模塊、應用(yòng)方案的市場規模将達千億。得益于混合架構，這類芯片硬件結構可(kě)通過軟件來定義，産(chǎn)品能(néng)跟随市場的需求發展而相應變化。相比傳統專用(yòng)芯片平均 2 年的生命周期，應用(yòng)于多(duō)個産(chǎn)業鏈的新(xīn)型異構可(kě)編程計算芯片的生命周期可(kě)長(cháng)達 10 年。

京微齊力科(kē)技(jì )有(yǒu)限公(gōng)司（含前身公(gōng)司）是國(guó)内最早從事自主可(kě)控 FPGA 芯片設計的單位之一，曾被譽為(wèi)中(zhōng)國(guó) FPGA 領域的“黃埔軍校”，公(gōng)司培養了數百名(míng)高端FPGA 專業人才。同時公(gōng)司也是國(guó)内最早進入自主研發、規模生産(chǎn)、批量銷售具(jù)有(yǒu)HSA 基礎架構的 MCU/CPU+FPGA 混合可(kě)編程計算芯片的企業之一，其産(chǎn)品将通用(yòng)芯片 CPU、MCU、FPGA、Memory 以及面向領域的專用(yòng)模塊 ASIC、AI 等多(duō)種單元異構集成在同一芯片上，形成未來最具(jù)市場與技(jì )術前景的特定領域芯片 DSSoC（Domain-Specific SoC）和軟件定義硬件芯片 SDH（Software Defined Hardware）的相關産(chǎn)品。

公(gōng)司核心團隊是十二五核高基國(guó)家科(kē)技(jì )重大專項課題（FPGA 研制與産(chǎn)業化應用(yòng)）的主要研發人員，獨立設計多(duō)顆不同系列（低成本，低功耗、高性能(néng)、高容量）的 FPGA 和可(kě)編程 SoC 芯片。經過十年磨一劍的技(jì )術研發積累，公(gōng)司完成了從技(jì )術到産(chǎn)品、從産(chǎn)品到産(chǎn)業的全過程，形成了“技(jì )術積累最長(cháng)，知識産(chǎn)權最多(duō)，芯片産(chǎn)品最多(duō)，工(gōng)具(jù)鏈最完整”的核心競争優勢，填補了中(zhōng)國(guó) FPGA 技(jì )術的空白。公(gōng)司擁有(yǒu)近 200 件發明專利和專有(yǒu)技(jì )術（含國(guó)際專利），涵蓋了 FPGA 内核、異構計算架構、芯片設計、EDA 軟件工(gōng)具(jù)、應用(yòng) IP 等可(kě)編程計算芯片中(zhōng)的全部技(jì )術領域。公(gōng)司的 FPGA 芯片産(chǎn)品從中(zhōng)低規格，向中(zhōng)高規格邁進，在設計中(zhōng)尋求創新(xīn)，結合應用(yòng)需求實現差異化，形成有(yǒu)特色的國(guó)産(chǎn) FPGA 芯片。公(gōng)司已量産(chǎn)的多(duō)顆中(zhōng)低邏輯資源的可(kě)編程 FPGA 和 SoC 芯片，被廣泛應用(yòng)于經濟發展和信息安(ān)全的相關領域中(zhōng)。基于創新(xīn)的可(kě)編程技(jì )術，公(gōng)司正在創新(xīn)地研發新(xīn)一代的可(kě)編程處理(lǐ)單元、可(kě)重構計算單元，以及性能(néng)優化的多(duō)層次快速布線(xiàn)結構等核心技(jì )術，并申請多(duō)項與 AI 技(jì )術結合的國(guó)内外核心專利，以打破國(guó)際巨頭未來在可(kě)編程芯片與應用(yòng)産(chǎn)業領域的壟斷地位。公(gōng)司新(xīn)一代面向人工(gōng)智能(néng)/智能(néng)制造等新(xīn)興應用(yòng)領域的高端 FPGA 芯片，包括可(kě)編程 AI 芯片 AiPGA（AI inFPGA）、異構計算平台芯片 HPA（HeterogeneousPlatform Accelerator）、以及嵌入式可(kě)編程核eFPGA IP（embedded FPGA core），其市場将涵蓋新(xīn)型雲端服務(wù)器、物(wù)聯網、消費類智能(néng)終端以及國(guó)家通信/工(gōng)業/電(diàn)力/醫(yī)療等核心基礎設施。

高端通用(yòng)FPGA及新(xīn)一代異構可(kě)編程計算芯片被公(gōng)認是一項具(jù)有(yǒu)颠覆性技(jì )術的世界級項目。公(gōng)司正在實現自主創新(xīn)+自主品牌的國(guó)産(chǎn) FPGA 芯片及衍生技(jì )術，構建完備的 FPGA+應用(yòng)生态圈。在國(guó)家信息安(ān)全的關鍵技(jì )術及市場發展的主導權不能(néng)受制于人的現實需求面前，有(yǒu)一些技(jì )術可(kě)以沒有(yǒu)，但 FPGA 技(jì )術中(zhōng)國(guó)必須擁有(yǒu)！

中(zhōng)國(guó)政府空前重視信息安(ān)全産(chǎn)品的自主可(kě)控和國(guó)産(chǎn)替代，黨政機構和關鍵行業市場對國(guó)産(chǎn)集成電(diàn)路芯片的需求逐漸釋放。國(guó)産(chǎn) CPU、DSP、FPGA、Memory 已經成為(wèi)攻克高端通用(yòng)芯片的關鍵領域。在自主可(kě)控的産(chǎn)業背景下，在新(xīn)興應用(yòng)快速推動的情況下，中(zhōng)國(guó)發展具(jù)有(yǒu)獨立完整自主知識産(chǎn)權的國(guó)産(chǎn)高端通用(yòng)芯片和異構計算芯片是提高信息産(chǎn)業自主創新(xīn)能(néng)力、轉變經濟增長(cháng)方式的重要手段。基于信息安(ān)全與市場利益的考慮，多(duō)年來唯一能(néng)自主設計并大規模生産(chǎn)最先進高端通用(yòng)芯片的美國(guó)，仍然不斷投入更多(duō)資源和資金緻力于高端芯片的設計與研制。當前全球集成電(diàn)路的發展呈現融合互動、綜合競争、跨越創新(xīn)的特點，高端芯片的競争已不單純是芯片自身的競争，更多(duō)地體(tǐ)現在其芯片基礎架構上的創新(xīn)，上下遊産(chǎn)業生态系統的競争上。每一位從業者任重而道遠(yuǎn)！