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FPGA是由賽靈思發(fā)明的，2022 年賽靈思被 AMD 正式收購(gòu)。今年是首款商用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）問(wèn)世40周年。值此之際，AMD特意發(fā)文慶祝。

以下為原文：

FPGA引入了可重新編程硬件的概念。通過(guò)打造“如軟件般靈活的硬件”，FPGA的可重新編程邏輯徹底改變了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的面貌。開(kāi)發(fā)者首次能夠設(shè)計(jì)芯片，若在開(kāi)發(fā)過(guò)程中或芯片制造后規(guī)格或需求發(fā)生變化，他們可重新定義芯片功能以執(zhí)行不同任務(wù)。這種靈活性使得新芯片設(shè)計(jì)得以更快開(kāi)發(fā)，加速了新產(chǎn)品上市時(shí)間，并為專用集成電路（ASIC）提供了替代方案。

其對(duì)市場(chǎng)的影響是巨大的。FPGA催生了一個(gè)價(jià)值超過(guò)100億美元的產(chǎn)業(yè)，過(guò)去四十年間，賽靈思已向不同細(xì)分市場(chǎng)的7000多家客戶交付了超過(guò)30億片FPGA和自適應(yīng)片上系統(tǒng)（SoC，即結(jié)合FPGA架構(gòu)與片上系統(tǒng)及其他處理引擎的設(shè)備）。事實(shí)上，賽靈思已連續(xù)25年穩(wěn)居可編程邏輯市場(chǎng)份額榜首。

加速創(chuàng)新

FPGA由已故的羅斯·弗里曼（Ross Freeman）發(fā)明，他是賽靈思公司（Xilinx, Inc.，現(xiàn)為AMD的一部分）的聯(lián)合創(chuàng)始人，也是一位工程師和創(chuàng)新者。他深信，除了標(biāo)準(zhǔn)的固定功能ASIC設(shè)備外，必然存在一種更好、更具成本效益的芯片設(shè)計(jì)方式。FPGA為工程師提供了即時(shí)更改芯片設(shè)計(jì)的自由度和靈活性，使他們能夠在一天內(nèi)開(kāi)發(fā)并設(shè)計(jì)出定制芯片。FPGA還助力開(kāi)創(chuàng)了“無(wú)晶圓廠”商業(yè)模式，這一模式變革了整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)。通過(guò)消除對(duì)定制掩模工具的需求及相關(guān)非經(jīng)常性工程成本，FPGA證明了公司無(wú)需擁有晶圓廠即可創(chuàng)造出突破性硬件——他們只需具備遠(yuǎn)見(jiàn)、設(shè)計(jì)技能和FPGA即可，從而加速了硬件創(chuàng)新。

羅斯

·弗里曼（右）俯瞰XC2064布局

全球首款商用FPGA——XC2064，集成了85,000個(gè)晶體管、64個(gè)可配置邏輯塊和58個(gè)I/O塊。相比之下，如今最先進(jìn)的基于AMD FPGA的設(shè)備，如Versal Premium VP1902，則集成了1380億個(gè)晶體管、1850萬(wàn)個(gè)邏輯單元、2654個(gè)I/O塊、多達(dá)6864個(gè)DSP58引擎，以及豐富的用于存儲(chǔ)、安全和接口技術(shù)的硬IP。

自全球首款商用FPGA（XC2064）問(wèn)世以來(lái)的40年間，FPGA已在電子領(lǐng)域無(wú)處不在，并深深融入人們的日常生活。如今，包括FPGA、自適應(yīng)SoC和模塊化系統(tǒng)（SOM）在內(nèi)的自適應(yīng)計(jì)算設(shè)備已廣泛應(yīng)用于汽車、火車車廂、交通信號(hào)燈、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、航天器和衛(wèi)星、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療和測(cè)試設(shè)備、智能工廠、數(shù)據(jù)中心，甚至高頻交易系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。

發(fā)展里程碑

過(guò)去40年間，AMD的創(chuàng)新和不斷變化的市場(chǎng)需求推動(dòng)了FPGA技術(shù)的諸多驚人突破。

1985年：XC2064——首款商用FPGA

1990年代：XC4000和Virtex? FPGA——首款集成嵌入式RAM和DSP的FPGA，用于無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施。

1999年：推出Spartan系列——為傳統(tǒng)ASIC在大規(guī)模應(yīng)用中提供了具有成本效益的替代方案。

2001年：首款集成SerDes的FPGA。

2011年：Virtex-7 2000T成為業(yè)界首款采用晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（
Chip-on-Wafer-on-Substrate，CoWoS）技術(shù)的量產(chǎn)產(chǎn)品——助力開(kāi)創(chuàng)了先進(jìn)2.5D集成技術(shù)的先河，該技術(shù)已成為高性能計(jì)算（HPC）系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并正在推動(dòng)GPU在人工智能（AI）領(lǐng)域的創(chuàng)新浪潮。

2012年：Zynq系列——首款將Arm CPU與可編程邏輯相結(jié)合的自適應(yīng)SoC。

2012年：Vivado? Design Suite——使FPGA設(shè)計(jì)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)者更加友好。

2019年：首款Versal自適應(yīng)SoC問(wèn)世——引入專用AI引擎和可編程片上網(wǎng)絡(luò)（NOC）。

2019年：Vitis? Unified Software Platform——提供預(yù)優(yōu)化的AI工具和抽象層，以加速推理。

2024年：Versal AI Edge Series Gen 2——將可編程邏輯、CPU、DSP和AI引擎集成于單一芯片，實(shí)現(xiàn)端到端AI加速，為需要異構(gòu)、低延遲和高能效計(jì)算的新一代應(yīng)用提供動(dòng)力。

2024年：Spartan UltraScale+ FPGA系列——進(jìn)一步豐富了我們的成本優(yōu)化FPGA和自適應(yīng)SoC產(chǎn)品組合，為邊緣端的I/O密集型應(yīng)用提供成本效益和能效表現(xiàn)。

Vivado和Vitis軟件的推出在推動(dòng)市場(chǎng)擴(kuò)張方面發(fā)揮了重要作用。Vivado軟件使開(kāi)發(fā)者能夠簡(jiǎn)化工作流程、縮短開(kāi)發(fā)周期，并通過(guò)高級(jí)功能（如高級(jí)綜合、機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化和無(wú)縫IP核集成）解鎖更高性能。

Vitis?開(kāi)發(fā)者環(huán)境提供了預(yù)優(yōu)化的工具和抽象層，以加速AI推理。最新版本（2024.2）新增了獨(dú)立工具，用于嵌入式C/C++設(shè)計(jì)，并增強(qiáng)了AMD Versal自適應(yīng)SoC與AI引擎結(jié)合使用的便捷性。我們將繼續(xù)投資這些工具，以提高用戶生產(chǎn)力，并使他們能夠充分利用新的和不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)類型和AI模型。

FPGA技術(shù)的演變

邊緣端的AI

如今，大多數(shù)AI工作負(fù)載在數(shù)據(jù)中心GPU上運(yùn)行。然而，越來(lái)越多的AI處理正在邊緣端進(jìn)行。FPGA技術(shù)正引領(lǐng)著AI應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)的快速增長(zhǎng)。FPGA和自適應(yīng)SoC能夠?qū)崟r(shí)低延遲處理傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)邊緣端的加速AI推理。隨著近期小型生成式AI模型的推出，我們可以預(yù)見(jiàn)一個(gè)“ChatGPT時(shí)刻”即將在邊緣端到來(lái)，這些新的AI模型可以在邊緣設(shè)備上運(yùn)行，無(wú)論是AI PC、汽車、工廠機(jī)器人、太空設(shè)備還是任何嵌入式應(yīng)用。

以下是AMD自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)如何賦能當(dāng)今邊緣端AI工作負(fù)載的幾個(gè)實(shí)例：

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）——AMD Virtex FPGA助力NASA火星探測(cè)器實(shí)現(xiàn)圖像檢測(cè)、匹配和校正，并在將數(shù)據(jù)傳回地球前過(guò)濾掉無(wú)用數(shù)據(jù)。此外，最新的航天級(jí)Versal AI Edge自適應(yīng)SoC為太空應(yīng)用帶來(lái)了加速的AI推理，其AI引擎針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

斯巴魯（Subaru）——已選擇AMD Versal AI Edge Series Gen 2自適應(yīng)SoC，為其下一代高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）“EyeSight”提供AI功能。

西克（SICK）——AMD Kintex? UltraScale+? FPGA和FINN ML框架幫助西克通過(guò)快速準(zhǔn)確的包裹檢測(cè)提升工廠自動(dòng)化水平。

拉德曼蒂斯（Radmantis）——AMD Kria?自適應(yīng)SOM設(shè)備正在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)AI推理，以推動(dòng)可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展。

JR九州——日本最大的新干線運(yùn)營(yíng)商之一正在使用AMD Kria SOM進(jìn)行其基于AI的軌道檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)圖像處理。

克拉留斯（Clarius）——正在使用AMD Zynq UltraScale自適應(yīng)SoC幫助AI在其手持超聲設(shè)備中識(shí)別感興趣區(qū)域。

展望未來(lái)

我們認(rèn)為，基于FPGA的自適應(yīng)計(jì)算將繼續(xù)推動(dòng)自動(dòng)駕駛、機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化、6G網(wǎng)絡(luò)、氣候變化、藥物發(fā)現(xiàn)、科學(xué)研究和太空探索等領(lǐng)域邊緣端AI應(yīng)用的突破。在慶祝FPGA問(wèn)世40周年之際，我們?yōu)榘l(fā)明這項(xiàng)技術(shù)并見(jiàn)證其發(fā)展歷程感到無(wú)比自豪，同時(shí)也對(duì)其未來(lái)40年的影響充滿期待。致力于開(kāi)發(fā)前沿和市場(chǎng)領(lǐng)先產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)者將繼續(xù)使用FPGA技術(shù)推動(dòng)創(chuàng)新芯片設(shè)計(jì)、支持硬件輔助驗(yàn)證并加速產(chǎn)品上市時(shí)間。AMD致力于在未來(lái)數(shù)十年間引領(lǐng)這一驚人技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。