FPGA四十年创新:因仿真加速而生,AI加速而盛!

发布于:2025-06-22 ⋅ 阅读:(23) ⋅ 点赞:(0)

在CPU、FPGA、GPU、DSP四大高端通用芯片中,以计算民主化立足的FPGA,在某种程度上,是最亲民,可能也是最被“轻视”的那个。

也是以往国家“核高基”重大专项常客之一。

心电子器件 & 端通用芯片 & 础软件

在应用端的预研项目中,FPGA常被划归在高性能、可靠性或可定制三个类别中的“可定制类”项目。但从其自身特性看,则是集合了这三个特点,根据需求划分为其中任何一类,都能够逻辑自洽。

高性能:计算性能介于CPU与ASIC之间

高可靠:大量冗余资源满足可靠性需求

可定制:能够在高性能高可靠无缝切换

国产FPGA初创公司中科芯磁《致敬FPGA不设限的40年》有句话说得很赞:四十年前,硅基世界“可变”的基因并非为取代而生……FPGA的下一个40年,不在节点的标尺上,而在所有拒绝被‘定义’的创造者手中”。

以下为正文

1985年,赛灵思发明的世界上第一款商用FPGA芯片,只有85000个晶体管;今天最先进的FPGA器件(例如AMD Versal Premium VP1902)则是集成了1,380亿个晶体管,容量规模增长超过162万倍。

说亲民,是技术上上的非歧视,个体小白和科技巨擘,都可以用其“手工”定制打磨、设计生产自己的“专用”芯片,而不仅仅表现在价格层面的可获得性。

用丛京生院士在ICCAD‘2022开幕日主旨报告“民主化集成电路设计与可定制计算”的说法,定制化计算不使用标准的处理器,既可以根据算法来设计芯片架构,也可以根据架构来考虑各类算法。

“使用FPGA虽然没有ASIC的性能提升那么高,但是和一般处理器比性能的提升也是相当显著的。同时FPGA的设计周期极短,在需要时可以快速重构,成本和ASIC比大幅度减小的优势,使我们觉得FPGA是让大多数人,能够体验到可定制计算优势的首选方案。”

在ASIC芯片家族中,谷歌TPU极具标志意义,按其当年论文报告中的数据,相比于当时最先进CPU,快200倍;与GPU比,也有70倍的性能提升。

现在AI时代的ASIC,更是成就了博通公司的万亿市值。

设计类似TPU这样的高性能特定专用芯片,最显著的特点就是必须非常有钱。根据麦肯锡做的调查报告,设计制造7nm的芯片,需要花费至少15亿人民币;以及以年为单位的设计、流片生产周期。

AI时代,算力是最大的蛋糕,现在的大部分AI工作负载都在数据中心GPU上运行,直接把英伟达推向宇宙最高市值。

当我们动辄讲XX总是易于被**替代时,如果忽略了“数量”和“价格”两大因素,就相当“不讲武德”;就像贵阳名小吃“恋爱豆腐果”,其蘸料中必备的“折耳根”。

如果缺少了这个“必备件”,如同没有了“恋爱”这个意境,就只剩“吃豆腐”,难免差了点意思。

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按照赛灵思在纪念创新四十年官微文章的说法,FPGA的强大生命力,至少可以体现在:

越来越多的AI处理发生在边缘;

各行各业AI融合应用快速增长进程中,FPGA技术居于最前沿,正在加速边缘端AI推理;

随着近来小型生成式AI模型的推出,可以看到“ChatGPT时刻”即将来到边缘端;

这些新的AI模型可以在边缘设备上运行,无论是在AI PC、在车辆中、工厂机器人、在太空;

以及任何嵌入式应用中。

虽然赛灵思被AMD并购退市,标志着一个时代结束。回顾其登顶行业龙头的简短历史,追求更高(性能)、更大(容量)的冒险精神,是从1998年推出首款Virtex FPGA后,才开启的进阶之旅。

市场给创新的回报同样是丰厚。

赛灵思在高端FPGA的市场份额,2001年-2007年时高达66%,睥睨天下。

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一直以来,FPGA行业有“得通信者得天下”之说。

像菊厂这样的大户,要钱有钱,要人有人,根据2024年年度报告,当期研发费用达到1797亿元人民币,占全年收入的20.8%,这一比例在行业内处于领先地位。

近十年,整个公司在研发上累计投入,更是高达12490亿元。

由于FPGA应用设计水平,相比比其它行业用户,可将硬件资源压榨到极致,比如Slice逻辑资源的利用率可达到90%以上,相当于把FPGA当ASIC使用。

所以现在对FPGA,仍是买买买策略。

而航天航空的用户,由于资源“余量”需求,避免因耦合“影响”可靠性,资源利用率通常在60%以下。

毕竟使用FPGA,对用户的设计能力要求极高。

比如商业航天新贵,主业为“在低轨上运营最大的商业通信阵列的卫星设计及制造商”的AST SpaceMobile(ASTS),出于综合成本考虑,现在传闻将FPGA“替换”为ASIC。

但根据其2024'Q4季报披露,现在也才是“完成ASIC的初步验证”。

也即在EDA硬件辅助验证工具之IC物理原型验证(Prototyping)的“Bring up”工作。

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据称研发时间已有5年,虽然已经回片点亮,但等到ASIC实用,可能用FPGA做的设备,已经在天上飞了好几年了。

按照现在商业航天的调性,整台设备也已经进入到“退役”阶段。

比如2019年,Starlink首次升空部署,据说2024年“掉落”场面,是相当壮观的卫星雨。

按照财经公众号“马斯克的星链卫星突然大批堕落!”一文援引数据,2024年共有316颗卫星在大气层烧毁。

起初的数量还“相当正常”:2020年2颗;2021年78颗;2022年99颗;2023年88颗。

2019-2024,服役时间刚好五年!!

无责猜想,虽然难免与近年的外部运行环境有关,但与商业航天定位为5-7服务周期基本相符。

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航天市场正从以前由政策与国防驱动的周期性行业,转为具备规模效应与网络效应的数字经济产业。万亿量级的市场规模,相当于再造一个半导体产业。

长周期、可靠性为优先目标的太空产品设计理念,正越来越接近"易耗"消费品。

即“只要够便宜,补得比掉得快,网络就能正常运行”!

赛灵思在本月20日举行的“自适应及嵌入式技术日”活动中,在通信技术展区,用Versal AI实现8.75 GSPS卫星通信信道化,被特别标注“6G预研必看”。

是去年技术日就曾展示了面向卫星互联网的5G NTN解决方案延续。

FPGA作为空间飞行器的关键使能技术,用户通过架构创新方式,利用芯片强大的可重构能力,在高可靠与高性能之间进行无缝切换,工业级FPGA也能作为算力主处理器或关键模块使用。

老兵永不凋零,只是继续新旅程!

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就连“与世无争”,长期固守一亩三分地的莱迪思,旁观赛灵思、微芯(MCHP>Microsemi>Actel)近三十年后,也官宣进军商业航天。

在中国航天大会2025商业产业国际论坛上,上交所市场发展部商业航天专项组王亚罡做的《资本市场助力商业航天高质量发展》的分享,明确指出我国商业航天即将或已经迎来“黄金爆发期”、“质变期”。

也可以看作是FPGA行业的重大战略机遇。

在纪念FPGA发明四十年系列文章中,出自中科院系统的三家FPGA初创之一、源自微电子所的中科芯磁,致敬诚意满满,相对最为走心。

“1985年,硅基世界被赋予了‘可变’的基因。生而不凡,拒绝凝固的形态”

“它没有预设的终点,深知自己能够被演变为千万种形态。出厂后仍能自由生长,数字世界的无形乐高,被工程师们重新‘拼搭’,演变成各种改变世界的力量”。

“四十年前,硅基世界‘可变’的基因并非为取代而生……我们致敬的不是晶体管数量……

FPGA的下一个40年,不在节点的标尺上,而在所有拒绝被‘定义’的创造者手中”。

回到略显庸俗的商业现实,对于以安路为龙头(以市值/估值论)的国产纯血FPGA创新者来说,超越的目标是70亿美元的莱迪思,90亿美元的Altera。

还是昔日龙头赛灵思?

大树底下好乘凉、坐上AMD顺风船,现在“市值”近4000亿人民币(上一交易日收盘价折合计算)。

十年前的2015年,两者的位置逆转。

赛灵思当时的市值,可以买下差不多两个AMD,还有剩余。

全文完,感谢您的耐心阅读


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