【TechWeb】2020年12月11日，提起5G大家很随意马虎想到华为，在华为的5G基站中有一类芯片，它的存在感不是很强，但它的浸染很大，它便是FPGA芯片。
什么是FPGA芯片？
如果我们想快速理解一款芯片，最大略的方法便是调查它功能和用场，但这个方法对付FPGA来说并不适用。
如果你真的去查FPGA的运用处景，你会得到一个很长的名单，比如：通信网络、物联网、信息安全、数据中央、人工智能、卫星导航、医疗东西、图像处理、视频编码、云打算、军工等等。
可能有些人查到一半就开始懵了，FPGA芯片的运用范围超过了太多行业。那么FPGA芯片到底是什么呢？
答：是白纸。
如果我们把其它各种专用芯片比作不同风格的画作，那么FPGA芯片便是白纸。我们可以在白纸上画出各种不同风格的画作，这便是FPGA。
如果你是一块FPGA开拓板，你在大学实验室里的一天可能是这样度过的：
清晨，一批大二学生进入了实验室。他们为了完成昨天晚上未完成的项目，开始急匆匆的调度着干系的硬件。终极，他们完成了，FPGA开拓板变成了音乐播放器。
中午，一帮大三学生赶到了实验室，他们要参加省里的智能小车比赛。还是这块FPGA开拓板，这回被他们借去测试智能小车的代码。
下午，一个大四的学生来到了实验室，还是借这块FPGA开拓板。不过他是用来做毕业设计的，他要做一个电梯的掌握模块。
就这样，一天过去了。同样一块FPGA开拓板，上午它是音乐播放器，中午它是智能小车，下午它又是电梯掌握模块。只是由于每次刷入的代码不同，FPGA芯片就具备了完备不同的功能，这便是FPGA的神奇之处。
FPGA的特点
首先一大特点便是灵巧性，FPGA就像上文所说的“白纸”一样，可以通过“刷代码”的办法改变用场和功能。
对付数据中央来说，很多机器是面向不同客户出租的，因此硬件的用场常常会发生改变。而这时如果用FPGA作为加速卡就会非常方便了，设备用场改变的同时，FPGA这边也同步进行改变就可以了。
特殊是对付人工智能领域的上风更为明显，比如现在盛行一种神经网络，没准过一段韶光另一种神经网络又变得热门了，而且算法也会随之韶光不断更新。这种情形下可能就须要不断改换硬件,最大限度的去贴合算法需求。而FPGA就方便很多了，须要进行调度的时候重新刷入就可以了，在节约韶光的同时也减少了本钱。
FPGA除了灵巧性以外，其余一大特点便是并行了。如何理解并行呢？
比如我们在周末要做家务的时候，用洗衣机洗衣服15分钟，洗菜5分钟，做饭20分钟。那么一共须要多少韶光呢？如果顺序进行这些家务的话，那就须要40分钟。但是我们可以创造，在洗衣机洗衣服的时候我们是可以同时干其它家务的，这样一来我们只须要25分钟就可以做完这些家务了。
由此可见，并行可以大大提高效率，也正是由于这样，FPGA可以帮助CPU加速打算。
但值得解释的是，不是所有任务都适宜并行。比如我们必须在洗完菜之后才能做饭，这两个任务就不能并行完成。因此FPGA的加速每每是针对一种或者一类任务，并不会像CPU那样办理所有问题。
FPGA和ASIC
FPGA全称现场可编程逻辑门阵列，它属于一种半定制电路。而ASIC称为专用集成电路。
这两个实在都可以算是“白纸”，只不过在FPGA的“白纸”上我们画的是铅笔画，而设计并制造ASIC芯片时，我们是在“白纸”上画水彩画。
两者实在都具有相称的灵巧性，只不过对付ASIC来说，当水彩画完成也便是芯片造出来的时候，就已经没有什么修正的空间了。而FPGA的铅笔画是可以擦了重新画的。
其余一方面，如果对付同样一个电路，其它条件也大致等同的情形下，ASIC的性能是比FPGA强的。就像水彩画比铅笔画色彩更鲜艳。因此如果一个电路在后期不须要变动的情形下，出于性能（功耗、速率、芯片面积）方面的考虑，选ASIC更得当。
当然以上所说的只是性能方面的考量，在实际选择中还会有其它成分的影响，比如本钱。
ASIC的起步本钱是十分高昂的，对付一些前辈的工艺制程来说，流片一次的本钱就可能直接上亿。而FPGA的起步本钱非常低，在淘宝上就能以几百块包邮的价格买到相应的开拓板。而且由于ASIC制造之后不可变动，以是就有可能由于设计不合理或者相应产品在市场上反馈不好，以至于干系开拓本钱打水漂的情形。对付FPGA来说就很少有这方面风险了，如果设计有问题，后期还可以再次调度，纵然项目方案有问题，买入的FPGA芯片也可再次出售或用在其它项目中。但另一方面，ASIC规模化生产后边际本钱非常低，而基于FPGA设计的产品则难以通过大批量生产得到边际本钱红利。
举例来说便是，本日想吃羊肉串，ASIC就像自助餐，进门用度很高，但进去之后吃三串和吃十串用度上的差异就不大了。而FPGA就像一样平常餐馆，基本没有最低消费，进去点多少吃多少。但是很少会由于你点的多就给你优惠。但芯片总会要更新的，就想吃羊肉串吃多了会腻，之后可能就想吃排骨了。但是在这个自助餐店里没有排骨。那怎么办呢，去另一家有排骨的自助餐餐厅里重新交钱吃，这便是ASIC本钱上的特点。但对付FPGA来说，换一家餐厅点餐就可以了，反正都没有最低消费。
因此，对付一些中小公司来说，如果他们的产品对付性能有一定哀求，须要相对前辈的工艺制程的话，他们根本包袱不起一次前辈工艺的流片用度，那么只能选择FPGA了。如果他们的产品对付性能哀求不是很高的话，就有可能选择成熟工艺的ASIC，老工艺的流片本钱还是比较低的。
而对付大公司就要分情形谈论了，如果目标产品须要常常改变，那么就用FPGA。如果目标产品只是开拓初期须要常常改变，但定型之后不会修正的，那么就在初期选择FPGA，在定型后转向ASIC。如果一个芯片产品已经有了相称的开拓履历，在第二年只是推出新款的话，也有可能直策应用ASIC。
其余一方面，便是开拓周期了。前辈工艺的流片用度很高，除了高昂的用度之外，它的开拓周期也相对较长。ASIC芯片制作过程也是很花韶光的，以是有些公司为了让自己的产品更快上市，霸占相应的市场，也会选择FPGA。
国产FPGA
根据网络公开资料整理
以2018年的数据为例，在环球FPGA市场上，Xilinx（赛灵思）、intel（英特尔）、Microsemi（美高森美）、Lattice (莱迪思)这四家公司就霸占了大概96%的市场份额。这四家公司和排名第五的QuickLogic均是美国公司，而且在市场霸占率仅为2%的其它公司中，也还包含着一些美国公司。
海内的一些FPGA公司比如紫光同创、复旦微电子、高云半导体等企业尚在发展阶段，与国外一些前辈的FPGA公司之后仍有一定差距。
工艺上的差距
截取自Xilinx官网
截取自intel官网
以Xilinx和intel，这两家公司都供应了不同工艺制程的FPGA产品，这样就可以更好的知足不同需求不同预算的客户。个中Xilinx的FPGA产品目前所采取的最前辈工艺为16nm，而intel为10nm。（仅统计目前官网上展示的FPGA产品，故未统计例如Xilinx 7nm工艺的ACAP类产品）
截取自紫光同创官网
而海内FPGA厂商，以紫光同创为例，其目前的FPGA产品种类相对较少，目前其官网上的FPGA产品所采取的最前辈工艺为40nm。大概今年3月，紫光同创发布了28nm工艺的Logos-2系列FPGA，但目前在官网的产品页上未找到干系信息，仅有发布的新闻资讯。
截取自intel官网
另一方面，以intel的Stratix系列FPGA为例，其40nm产品Stratix IV推出年份为2008年，28nm产品Stratix V推出韶光为2010年。
推广上的差距
对付FPGA产品来说，除了向企业推广以外，向学校推广也是非常主要的。一样平常来说FPGA厂商供应的并不但是FPGA芯片，而是包括EDA工具在内的相对完全的办理方案。各家厂商一样平常都会有自己的EDA工具，比如Xilinx的Vivado、intel的QuartusII、紫光同创的PDS，这些都属于各家的FPGA软件工具。不同软件在功能和利用习气上是有差异的。以是如果能让学校里这些未来的FPGA工程师们能先习气利用自家的EDA工具和芯片是非常主要的。
就像现在桌面操作系统有两大厂商，推出WINDOWS操作系统的微软和推出MAC操作系统的苹果。如果学生在学校期间常常利用WINDOWS系统的话，那么他毕业之后也会方向于利用和购买搭载WINDOWS系统的设备。如果常常利用MAC系统的话也会方向于购买苹果的设备。
以清华大学为例，早在1994年，Xilinx就在清华大学成立了中国大陆第一个培训中央。
数据来自BOSS直聘
在boss直聘上，清华大学招聘FPGA工程师的岗位描述上明确指出了须要熟习Altera/Xilinx FPGA设计流程。
数据来自BOSS直聘
数据来自BOSS直聘
也有很多其它企业招聘FPGA工程师时会明确哀求节制intel（Altera）/Xilinx的设计流程，少数企业也会哀求节制Lattice的设计流程。由此可见，intel和Xilinx的推广是比较成功的，紫光同创实在也在朝这个方向努力。
出自第七届大学生集成电路设计·运用创新大赛杯赛题目
以2017年第七届大学生集成电路设计·运用创新大赛-紫光同创企业杯为例，在紫光同创企业杯的各种赛题中，设计哀求里都会有一条：利用紫光同创Titan系列FPGA进行设计。紫光同创便是通过这样的办法来推广自己的产品。
这样一些，部分干系专业的大学生在毕业之前就能得到紫光FPGA的开拓履历，并且开始熟习紫光FPGA的开拓流程。不过这种推广详细反馈到企业那边的效果如何，这还须要韶光的考验。
寻衅
由于美国出口牵制实体清单以及一系列美国政策的涌现，很多中国企业都开始动手于“国产替代化”的奇迹。特殊是针对像FPGA这样由美国公司达成高度垄断的市场，国产替代化的主要性不言而喻。这对付像紫光同创、复旦微电子、高云半导体这些国产FPGA厂商来说是机遇。目前海内FPGA厂商的FPGA芯片和EDA工具与美国大厂比较仍有一定差距，因此目前国产厂商的FPGA产品尚不能完备替代美国的FPGA产品。而追上这些差距对付国产FPGA厂商来说也是一大寻衅。
