北京半导體(tǐ)行业协会公(gōng)众平台发表了我司CEO王海力博士的一篇文(wén)章《在异构计算时代下FPGA的演变与创新(xīn)》，以下為(wèi)文(wén)章内容：

集成電(diàn)路芯片是工(gōng)业的粮食，是制造所有(yǒu)電(diàn)子产(chǎn)品的基本器件。集成電(diàn)路技(jì )术顶峰的四大高端通用(yòng)芯片包括：CPU（中(zhōng)央处理(lǐ)器）、DSP（数字信号处理(lǐ)器）、FPGA（现场可(kě)编程逻辑门阵列）和 Memory（存储器）。

作(zuò)為(wèi)制造业大國(guó)，中(zhōng)國(guó)近几年每年进口集成電(diàn)路芯片超过 2000 亿美元，2018年甚至突破 3000 亿美元，是中(zhōng)國(guó)最大宗的外汇进口商(shāng)品。然而中(zhōng)國(guó)高端通用(yòng)芯的自给率不到 10%，為(wèi)國(guó)内的集成電(diàn)路企业提供了巨大的市场发展空间。中(zhōng)國(guó)政府已将发展民(mín)族集成電(diàn)路产(chǎn)业作(zuò)為(wèi)國(guó)家战略，设立了 1380 亿的第一期國(guó)家集成電(diàn)路产(chǎn)业发展基金，第二期大基金已经募集超 2000 亿元。许多(duō)地方政府也各自设立了数百亿元的地方产(chǎn)业基金，同时國(guó)家制定政策扶持國(guó)产(chǎn)芯片替代进口芯片，有(yǒu)力地提高了中(zhōng)國(guó)集成電(diàn)路企业上下游的产(chǎn)品竞争优势。可(kě)编程 FPGA 技(jì )术于上个世纪 80 年代初由美國(guó)赛灵思 Xilinx 公(gōng)司发明。近 40年来，先后有(yǒu)超过 60 家以上的公(gōng)司从事过 FPGA 技(jì )术与产(chǎn)品的研发，其中(zhōng)包括Intel、IBM、AMD、TI、GE、AT&T、摩托罗拉、朗讯、三星、东芝、飞利浦等实力雄厚的大公(gōng)司，但绝大多(duō)数在耗费了上亿美元后功亏一篑！目前全球仅存的四家FPGA 上市公(gōng)司全部位于美國(guó)硅谷。欧洲、日本、韩國(guó)、台湾等经济强國(guó)或地區(qū)尚未真正掌握其核心技(jì )术！FPGA 芯片产(chǎn)业几乎 100%被美國(guó)垄断。显然，中(zhōng)國(guó) FPGA芯片 99%以上也都依赖于进口。中(zhōng)國(guó)还未形成自己的 FPGA 产(chǎn)业。

目前全球仅 4 家 FPGA 上市公(gōng)司，且均在美國(guó) FPGA。其中(zhōng)美國(guó)前两大公(gōng)司赛灵思 Xilinx 和英特尔 Intel（2015 年花(huā)了 167 亿美金巨资收購(gòu)了第二大 FPGA 厂商(shāng)Altera）对FPGA 技(jì )术和产(chǎn)品占绝对垄断地位，市场占有(yǒu)率近 90%。國(guó)内使用(yòng)的 FPGA芯片基本全部依赖于进口。美國(guó)政府对我國(guó) FPGA 产(chǎn)品与技(jì )术出口进行苛刻的审核和禁运，使得我國(guó)在通信電(diàn)力、安(ān)防监控、國(guó)防军工(gōng)、航空航天、國(guó)家安(ān)全以及新(xīn)一代信息技(jì )术等领域都受到严重制约。华為(wèi)、中(zhōng)兴是全球 FPGA 芯片的最大客户，每年采購(gòu)数亿美金的 FPGA 芯片。2018 年 4 月美國(guó)制裁中(zhōng)兴事件，其中(zhōng)被禁运的核心芯片之一就有(yǒu) FPGA。前几年中(zhōng)國(guó)背景的投资机构试图花(huā)大代价收購(gòu)美國(guó)第三家 FPGA 企业，但先后被两届美國(guó)政府以影响國(guó)家安(ān)全与战略為(wèi)由多(duō)次否掉。因此，研发自主可(kě)控的 FPGA 技(jì )术与产(chǎn)品对打破美國(guó)在 FPGA 行业的垄断意义深遠(yuǎn)。

作(zuò)為(wèi)经济建设和國(guó)家安(ān)全各个领域不可(kě)或缺的关键器件之一，FPGA 对中(zhōng)國(guó)電(diàn)子产(chǎn)业的发展至关重要。拥有(yǒu) FPGA 技(jì )术的产(chǎn)品具(jù)备可(kě)编程、自重构、易扩展、广适用(yòng)、多(duō)集成、高可(kě)靠、强算力、長(cháng)周期等特点。其竞争优势是当终端产(chǎn)品或整机使用(yòng) FPGA 作(zuò)為(wèi)核心芯片时，能(néng)通过“应用(yòng)驱动软件，软件编程硬件、硬件重构平台、平台实现系统”的方式，自适应并安(ān)全地调整顶层及中(zhōng)间层的软件代码、重构底层的硬件電(diàn)路，快速适配市场应用(yòng)领域的差异化需求。基于 FPGA 技(jì )术的独特优势，其应用(yòng)领域也非常之广，涉及通信设备、网络交换、工(gōng)业控制、金融设备、安(ān)防监控、视频驱动、医(yī)疗仪器、汽車(chē)電(diàn)子、家用(yòng)電(diàn)器、定位导航、火箭卫星、导弹雷达、電(diàn)子对抗，以及人工(gōng)智能(néng)、机器人、大数据、云计算、物(wù)联网、可(kě)穿戴、自动驾驶、智能(néng)家居、智慧城市等各个产(chǎn)业领域。FPGA 经常会和 ASSP（标准专用(yòng)产(chǎn)品）、ASIC（专用(yòng)集成電(diàn)路）等芯片相比。但FPGA 一定是可(kě)定制可(kě)编程的，且产(chǎn)品上市时间周期非常快，写完程序就可(kě)以推广产(chǎn)品。一般而言，做新(xīn)产(chǎn)品设计的时候，首先就会用(yòng) FPGA 来做。工(gōng)具(jù)、研发费用(yòng)总體(tǐ)下来不会太贵，风险也比较低，相当于仅是投入了工(gōng)程实现的成本开销。另外，对于一些正在兴起的非标准化的应用(yòng)，FPGA 是非常合适的；但是对于应用(yòng)需求量大，高性能(néng)要求高、低成本要求低的产(chǎn)品，FPGA是不太合适的。相对而言，ASSP 和 ASIC 有(yǒu)它相应的优势。

从产(chǎn)品化角度来讲，在开始阶段我们使用(yòng)了 FPGA，后续就是降成本 ASIC 化，这是惯用(yòng)的思维，也是通常的做法。但是随着技(jì )术的演进，FPGA 发生了一些改变。从 90 年代末到 2010 年后的这十年间，很(hěn)多(duō)客户开始做方案设计，大部分(fēn)都是用(yòng)ASIC 方式，可(kě)随着时间的推移逐年减少。也就是说虽然做 ASIC 总量设计的个数大于用(yòng) FPGA 做产(chǎn)品的，但是趋势是下降的。另外一个方面来看，1999 年之前没有(yǒu)异构计算这种模式，但 2000 年后就有(yǒu)一部分(fēn)的客户或开发团队就开始使用(yòng)微处理(lǐ)器和 FPGA 协同设计的方法。在随后几年推出的 FPGA 上，方案中(zhōng)经常需要运行软的微处理(lǐ)器。所以，可(kě)以看到这种异构计算的设计模式越来越多(duō)，之后将微处理(lǐ)器单元形成了固化的 IP，集成到 FPGA 中(zhōng)，变成了微处理(lǐ)器加 FPGA 系统，即不久FPGA 厂商(shāng)就推出了 ARM 作(zuò)為(wèi)硬核的 CPU 加FPGA 可(kě)编程的 SoC 产(chǎn)品。FPGA 也从麻雀变成了凤凰，原来 FPGA 仅做一些块逻辑，进行简单的运算。

到了 2000 年以后，出现了一些简单处理(lǐ)系统平台的较為(wèi)复杂逻辑。2008 年到 2016年，一些面向领域的优化的系统功能(néng)放在 FPGA 上实现。2012 年左右出现了微处理(lǐ)器集成，同时集成更多(duō)的处理(lǐ)运算功能(néng)。现在开发者在实现方案时经常面向应用(yòng)领域去做，既要考虑专用(yòng)，也要考虑通用(yòng)。在特别固定的应用(yòng)中(zhōng)，ASIC 一定是最经济划算的。但在不是特别清楚的应用(yòng)功能(néng)情况下，开发者会偏向于使用(yòng)FPGA。另外，现在的 FPGA 具(jù)备小(xiǎo)型化、低功耗、低成本、高性能(néng)的特性，在一些消费终端（如移动手机）等市场，也有(yǒu) FPGA 身影。随着人工(gōng)智能(néng) AI（ArtificialIntelligence）、大数据（Big Data）、云计算（CloudComputing）、数据中(zhōng)心（Data Center）、ADAS、物(wù)联网、机器人、可(kě)穿戴等新(xīn)兴市场应用(yòng)需求的日益细分(fēn)和大力发展，以新(xīn)型的CPU+GPU、CPU+FPGA、GPU+FPGA、固化深度學(xué)习算法的人工(gōng)智能(néng)专有(yǒu)芯片（如 TPU、NPU 等）的混合计算架构逐渐取代传统单一计算模式的架构，成為(wèi)集成電(diàn)路领域应用(yòng)发展的主流方向之一。

AI 进入爆发期，核心芯片是关键。人工(gōng)智能(néng)技(jì )术體(tǐ)系分(fēn)為(wèi)基础层、技(jì )术层与应用(yòng)层，其中(zhōng)基础层的核心处理(lǐ)芯片和大数据是支撑 AI 技(jì )术发展的关键要素。AI 芯片市场规模 2016 年达 23.88 亿美元，据测算，2020 年可(kě)达 146.16 亿美元，5年复合年均增長(cháng)率 CAGR 达 43.67%。目前 AI 的核心算法是深度學(xué)习，其“训练”部分(fēn)主要在云端（服務(wù)器端）进行，主要使用(yòng) GPU 进行模型训练；而“推断”部分(fēn)则在云端（中(zhōng)间端）和终端（产(chǎn)品端）分(fēn)别进行，大量使用(yòng) FPGA 进行异构加速。两大过程对芯片要求极高，传统类型的芯片（如 CPU）计算力显然不足，研发具(jù)备新(xīn)架构特点的芯片（CPU+GPU、CPU+FPGA 等）将成為(wèi)未来 AI、大数据与云计算发展的基石之一。

因此，将 CPU、GPU、DSP、FPGA、Memory 等多(duō)种异构单元集成在同一芯片上并具(jù)有(yǒu) HSA（Heterogeneous System Architecture）混合可(kě)编程模式的异构计算芯片将代表着集成電(diàn)路产(chǎn)业新(xīn)的发展趋势之一，其市场规模将迅速超过几百亿，而随之衍生的产(chǎn)品模块、应用(yòng)方案的市场规模将达千亿。得益于混合架构，这类芯片硬件结构可(kě)通过软件来定义，产(chǎn)品能(néng)跟随市场的需求发展而相应变化。相比传统专用(yòng)芯片平均 2 年的生命周期，应用(yòng)于多(duō)个产(chǎn)业链的新(xīn)型异构可(kě)编程计算芯片的生命周期可(kě)長(cháng)达 10 年。

京微齐力科(kē)技(jì )有(yǒu)限公(gōng)司（含前身公(gōng)司）是國(guó)内最早从事自主可(kě)控 FPGA 芯片设计的单位之一，曾被誉為(wèi)中(zhōng)國(guó) FPGA 领域的“黄埔军校”，公(gōng)司培养了数百名(míng)高端FPGA 专业人才。同时公(gōng)司也是國(guó)内最早进入自主研发、规模生产(chǎn)、批量销售具(jù)有(yǒu)HSA 基础架构的 MCU/CPU+FPGA 混合可(kě)编程计算芯片的企业之一，其产(chǎn)品将通用(yòng)芯片 CPU、MCU、FPGA、Memory 以及面向领域的专用(yòng)模块 ASIC、AI 等多(duō)种单元异构集成在同一芯片上，形成未来最具(jù)市场与技(jì )术前景的特定领域芯片 DSSoC（Domain-Specific SoC）和软件定义硬件芯片 SDH（Software Defined Hardware）的相关产(chǎn)品。

公(gōng)司核心团队是十二五核高基國(guó)家科(kē)技(jì )重大专项课题（FPGA 研制与产(chǎn)业化应用(yòng)）的主要研发人员，独立设计多(duō)颗不同系列（低成本，低功耗、高性能(néng)、高容量）的 FPGA 和可(kě)编程 SoC 芯片。经过十年磨一剑的技(jì )术研发积累，公(gōng)司完成了从技(jì )术到产(chǎn)品、从产(chǎn)品到产(chǎn)业的全过程，形成了“技(jì )术积累最長(cháng)，知识产(chǎn)权最多(duō)，芯片产(chǎn)品最多(duō)，工(gōng)具(jù)链最完整”的核心竞争优势，填补了中(zhōng)國(guó) FPGA 技(jì )术的空白。公(gōng)司拥有(yǒu)近 200 件发明专利和专有(yǒu)技(jì )术（含國(guó)际专利），涵盖了 FPGA 内核、异构计算架构、芯片设计、EDA 软件工(gōng)具(jù)、应用(yòng) IP 等可(kě)编程计算芯片中(zhōng)的全部技(jì )术领域。公(gōng)司的 FPGA 芯片产(chǎn)品从中(zhōng)低规格，向中(zhōng)高规格迈进，在设计中(zhōng)寻求创新(xīn)，结合应用(yòng)需求实现差异化，形成有(yǒu)特色的國(guó)产(chǎn) FPGA 芯片。公(gōng)司已量产(chǎn)的多(duō)颗中(zhōng)低逻辑资源的可(kě)编程 FPGA 和 SoC 芯片，被广泛应用(yòng)于经济发展和信息安(ān)全的相关领域中(zhōng)。基于创新(xīn)的可(kě)编程技(jì )术，公(gōng)司正在创新(xīn)地研发新(xīn)一代的可(kě)编程处理(lǐ)单元、可(kě)重构计算单元，以及性能(néng)优化的多(duō)层次快速布線(xiàn)结构等核心技(jì )术，并申请多(duō)项与 AI 技(jì )术结合的國(guó)内外核心专利，以打破國(guó)际巨头未来在可(kě)编程芯片与应用(yòng)产(chǎn)业领域的垄断地位。公(gōng)司新(xīn)一代面向人工(gōng)智能(néng)/智能(néng)制造等新(xīn)兴应用(yòng)领域的高端 FPGA 芯片，包括可(kě)编程 AI 芯片 AiPGA（AI inFPGA）、异构计算平台芯片 HPA（HeterogeneousPlatform Accelerator）、以及嵌入式可(kě)编程核eFPGA IP（embedded FPGA core），其市场将涵盖新(xīn)型云端服務(wù)器、物(wù)联网、消费类智能(néng)终端以及國(guó)家通信/工(gōng)业/電(diàn)力/医(yī)疗等核心基础设施。

高端通用(yòng)FPGA及新(xīn)一代异构可(kě)编程计算芯片被公(gōng)认是一项具(jù)有(yǒu)颠覆性技(jì )术的世界级项目。公(gōng)司正在实现自主创新(xīn)+自主品牌的國(guó)产(chǎn) FPGA 芯片及衍生技(jì )术，构建完备的 FPGA+应用(yòng)生态圈。在國(guó)家信息安(ān)全的关键技(jì )术及市场发展的主导权不能(néng)受制于人的现实需求面前，有(yǒu)一些技(jì )术可(kě)以没有(yǒu)，但 FPGA 技(jì )术中(zhōng)國(guó)必须拥有(yǒu)！

中(zhōng)國(guó)政府空前重视信息安(ān)全产(chǎn)品的自主可(kě)控和國(guó)产(chǎn)替代，党政机构和关键行业市场对國(guó)产(chǎn)集成電(diàn)路芯片的需求逐渐释放。國(guó)产(chǎn) CPU、DSP、FPGA、Memory 已经成為(wèi)攻克高端通用(yòng)芯片的关键领域。在自主可(kě)控的产(chǎn)业背景下，在新(xīn)兴应用(yòng)快速推动的情况下，中(zhōng)國(guó)发展具(jù)有(yǒu)独立完整自主知识产(chǎn)权的國(guó)产(chǎn)高端通用(yòng)芯片和异构计算芯片是提高信息产(chǎn)业自主创新(xīn)能(néng)力、转变经济增長(cháng)方式的重要手段。基于信息安(ān)全与市场利益的考虑，多(duō)年来唯一能(néng)自主设计并大规模生产(chǎn)最先进高端通用(yòng)芯片的美國(guó)，仍然不断投入更多(duō)资源和资金致力于高端芯片的设计与研制。当前全球集成電(diàn)路的发展呈现融合互动、综合竞争、跨越创新(xīn)的特点，高端芯片的竞争已不单纯是芯片自身的竞争，更多(duō)地體(tǐ)现在其芯片基础架构上的创新(xīn)，上下游产(chǎn)业生态系统的竞争上。每一位从业者任重而道遠(yuǎn)！