引言：芯片是智能產(chǎn)品的核心，以FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用，具有非常大的優(yōu)勢(shì)，可以很輕松地進(jìn)行各種修改或升級(jí)，以便在最短時(shí)間內(nèi)支持新的智能算法。隨著智能產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，F(xiàn)PGA進(jìn)入嶄新的黃金時(shí)代。

FPGA市場(chǎng)前景

FPGA由六部分組成：可編程輸入/輸出單元、基本可編程邏輯單元、嵌入式塊RAM、豐富的布線資源、底層嵌入功能單元和內(nèi)嵌專用硬核。

自Xilinx在1984年創(chuàng)造出FPGA以來(lái)，這種可編程邏輯器件憑借性能、上市時(shí)間、成本、穩(wěn)定性和長(zhǎng)期維護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，在通信、醫(yī)療、工控和安防等領(lǐng)域占有一席之地，在過(guò)去幾年也有極高的增長(zhǎng)率。而近幾年，由于云計(jì)算、高性能計(jì)算和人工智能的繁榮，擁有先天優(yōu)勢(shì)的FPGA的關(guān)注度更是到達(dá)了前所未有的高度。

2014年，全球FPGA市場(chǎng)總規(guī)模達(dá)到50億美金，其中，中國(guó)的市場(chǎng)份額有15億美金，中國(guó)市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的三分之一。分析機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2015年至2020年全球FPGA市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率為9%，到2020年，全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)84億美金。目前FPGA正處于一個(gè)加速增長(zhǎng)的市場(chǎng)勢(shì)態(tài)中，增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)大于其他芯片市場(chǎng)；同時(shí)，F(xiàn)PGA行業(yè)平均毛利可觀，據(jù)市場(chǎng)數(shù)據(jù)分析表明其行業(yè)平均毛利大于60%。FPGA行業(yè)也需要更大的市場(chǎng)規(guī)模，以吸引更多的使用者。隨著FPGA產(chǎn)量逐步增加，成本的進(jìn)一步降低，其市場(chǎng)份額將會(huì)持續(xù)增大。

FPGA處理器整合成趨勢(shì)

一直以來(lái)，F(xiàn)PGA可編程器件都主要應(yīng)用在通訊設(shè)備或工業(yè)控制等較為專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，但隨著不同行業(yè)使用需求的提升，F(xiàn)PGA器件的應(yīng)用層面不斷拓展。

隨著微電子技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式處理器、專用數(shù)字器件、外設(shè)和DSP算法正在以IP核的方式嵌入到FGPA中，以單芯片可編程FPGA完成整個(gè)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)實(shí)。眾多FPGA公司都具有這樣的芯片產(chǎn)品，并在通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

FPGA處理器整合SoC以其低功耗、高性能、低成本、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)成為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。不過(guò)，對(duì)于一些設(shè)計(jì)者來(lái)講這還是新鮮事物。

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通用處理器在計(jì)算性能和能效上越來(lái)越難以滿足日益龐大、多樣化的數(shù)據(jù)處理需求。比如機(jī)器人是復(fù)雜的機(jī)電一體化裝置，綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果。為了將這些成果融合起來(lái)，真正形成認(rèn)知、感受和行動(dòng)的能力，使機(jī)器人能夠理解并應(yīng)對(duì)真實(shí)的世界，準(zhǔn)確完成操作任務(wù)，其搭載的計(jì)算平臺(tái)需滿足多種要求，包括感知能力、控制能力、計(jì)算能力、功耗控制、易用性?，F(xiàn)有的計(jì)算平臺(tái)很難滿足以上需求，搭建適用于機(jī)器人的異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)已經(jīng)迫在眉睫，CPU+FPGA的方案以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)進(jìn)入我們眼簾。

借助由GPU、FPGA和其他智能引擎等協(xié)處理器與CPU一起組成的異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)來(lái)提升計(jì)算性能，已成為當(dāng)下學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。異構(gòu)計(jì)算作為一種特殊的并行計(jì)算方式，能夠根據(jù)每個(gè)計(jì)算子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為其分配不同的計(jì)算任務(wù)，在提高計(jì)算性能、能效比和實(shí)時(shí)性保障方面體現(xiàn)出傳統(tǒng)架構(gòu)所不具備的優(yōu)勢(shì)，逐漸在各種計(jì)算需求量較大的場(chǎng)合得到應(yīng)用。

FPGA在一些關(guān)鍵的機(jī)器人應(yīng)用中發(fā)揮極大的價(jià)值。英特爾通過(guò)Xeon+FPGA平臺(tái)和XeonPhi系列產(chǎn)品來(lái)推動(dòng)異構(gòu)計(jì)算的實(shí)施。新的Arria10系列FPGA和SoC功耗比前一代FPGA和SoC低40%，具有業(yè)界唯一的硬核浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）模塊，其速率高達(dá)每秒1.5萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算（1.5TFLOPS）。

智能時(shí)代，F(xiàn)PGA的“芯”機(jī)遇

FPGA問(wèn)世以來(lái)，在復(fù)雜邏輯電路以及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中扮演著越來(lái)越重要的角色，憑借性能、上市時(shí)間、成本、穩(wěn)定性和長(zhǎng)期維護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，在通信、醫(yī)療、工控和安防等領(lǐng)域占有一席之地，在過(guò)去幾年也有極高的增長(zhǎng)率。而近幾年，由于云計(jì)算、高性能計(jì)算和人工智能的繁榮，擁有先天優(yōu)勢(shì)的FPGA的關(guān)注度更是到達(dá)了前所未有的高度。

人工智能是當(dāng)前整個(gè)科技產(chǎn)業(yè)探索的未來(lái)方向，也是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的下一個(gè)浪潮。芯片處于的人工智能產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，為中下游產(chǎn)業(yè)鏈提供計(jì)算處理能力及相關(guān)解決方案，芯片決定了智能設(shè)備發(fā)展的深度。以FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用，具有非常大的優(yōu)勢(shì)，可以很輕松地進(jìn)行各種修改或升級(jí)，以便在最短時(shí)間內(nèi)支持新的人工智能算法。

越來(lái)越多的輔助駕駛、無(wú)人機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)視覺(jué)等應(yīng)用，為了追逐更高性能/差異化，紛紛對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣。

已有幾家初創(chuàng)企業(yè)在開(kāi)發(fā)專門(mén)的機(jī)器學(xué)習(xí)芯片，但上述這些應(yīng)用不僅僅要集成機(jī)器學(xué)習(xí)，還有計(jì)算機(jī)視覺(jué)，傳感器融合和連接。如果要開(kāi)發(fā)這么一整套獨(dú)特的性能組合，可能要花費(fèi)幾億美元才能推出第一款芯片，而且從各種規(guī)格的確定落實(shí)到推出樣片，可能需要三年以上。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、算法和傳感器等都還是處于不斷演化的過(guò)程，一款固定的、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)平臺(tái)面對(duì)這些風(fēng)云變幻的演進(jìn)根本無(wú)力招架。此時(shí)此刻，F(xiàn)PGA技術(shù)成為數(shù)百家嵌入式視覺(jué)企業(yè)開(kāi)發(fā)的首選，其中用于機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的已經(jīng)超過(guò)40家。

人工智能領(lǐng)域的演進(jìn)非?？焖?，具備可重組以及支持所有形式鏈接等優(yōu)勢(shì)的FPGA，可以很輕松地進(jìn)行各種修改或升級(jí)，以便在最短時(shí)間內(nèi)支持新的人工智能算法。類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、算法、傳感器技術(shù)與接口標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)持續(xù)加速演進(jìn)，可重組特性對(duì)于“支持未來(lái)需求”的智能視覺(jué)系統(tǒng)至關(guān)重要。

結(jié)語(yǔ)：一些大規(guī)模工作負(fù)載的擴(kuò)展（如機(jī)器學(xué)習(xí)，某些網(wǎng)絡(luò)功能）吸引了越來(lái)越多的人關(guān)注。為FPGA從數(shù)據(jù)中心應(yīng)用程序中移植到更多適合的、廣泛發(fā)展領(lǐng)域的提供了良好機(jī)會(huì)，F(xiàn)PGA進(jìn)入黃金時(shí)代。