在半導(dǎo)體行業(yè)的浩瀚星空中,F(xiàn)PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)雖不似CPU、GPU那般星光熠熠,卻以其獨特的魅力,悄然照亮了一片獨特的天地。這項并不為大眾所熟知的技術(shù),實則已經(jīng)走過了四十年的風(fēng)雨歷程,不僅徹底重塑了半導(dǎo)體芯片設(shè)計與應(yīng)用的格局,還催生了一個價值超百億美元的龐大產(chǎn)業(yè)。
FPGA,這一源于可編程陣列邏輯、通用陣列邏輯及可擦除可編程邏輯器件等半導(dǎo)體器件的技術(shù),是一種功能強大的可編程邏輯芯片。它如同一塊數(shù)字電路領(lǐng)域的“萬能積木”,開發(fā)者可以根據(jù)需求對其進行任意編程,實現(xiàn)豐富多樣的邏輯處理功能。作為ASIC(專用集成電路)的半定制電路,F(xiàn)PGA既彌補了定制電路的靈活性不足,又克服了傳統(tǒng)可編程器件門電路數(shù)有限的局限,憑借其高集成度、強大邏輯功能和高度靈活性,成為了設(shè)計數(shù)字電路或系統(tǒng)的優(yōu)選之一。
FPGA內(nèi)核圖示例
回望歷史,1985年6月,賽靈思公司推出了世界上第一款FPGA產(chǎn)品——XC2064,這一里程碑式的發(fā)明,源自賽靈思聯(lián)合創(chuàng)始人、電氣工程師Ross Freeman的智慧火花。四十年來,F(xiàn)PGA已累計出貨超過三十億顆,廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、通信、交通、金融、工業(yè)、醫(yī)療、機器人、無人機、數(shù)據(jù)中心、航空航天等眾多領(lǐng)域,見證了半導(dǎo)體行業(yè)的滄桑巨變與人類科技的飛速發(fā)展。
在這四十年的歷程中,F(xiàn)PGA的晶體管數(shù)量從最初的8.5萬個飆升至1380億個,邏輯單元從64個增長到1850萬個,I/O塊也從58個增加到2654個,其功能愈發(fā)強大,應(yīng)用愈發(fā)廣泛。如今,F(xiàn)PGA領(lǐng)域的主要品牌包括賽靈思(已被AMD收購)、Altera(曾歸Intel所有,后又被賣出)、Lattice、Actel(歷經(jīng)Microsemi、Microchip兩次收購)以及Achronix等。
AMD產(chǎn)品、軟件和解決方案公司副總裁Kirk Saban,一位在FPGA領(lǐng)域深耕超過二十五年的資深專家,分享了FPGA在當(dāng)下AI浪潮中的獨特價值與未來走向。他認為,在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,F(xiàn)PGA以其關(guān)鍵的應(yīng)用價值,尤其是在需要加速的應(yīng)用場景中,展現(xiàn)出了無可比擬的優(yōu)勢。AMD正致力于開發(fā)適用于FPGA的AI編譯器等軟件技術(shù),通過多樣化的投資與并購,不斷打磨和增強AI軟件生態(tài)系統(tǒng),以充分釋放FPGA的硬件潛能。
在AI時代,F(xiàn)PGA最適合的應(yīng)用場景莫過于邊緣側(cè),尤其是在需要實時處理、實時決策、零延遲的業(yè)務(wù)場景中。FPGA的自適應(yīng)性極強,能夠滿足不同尺寸、功耗、價格和性能需求,因此在AI領(lǐng)域的眾多應(yīng)用中,F(xiàn)PGA都能大顯身手,包括一些重要的基礎(chǔ)設(shè)施AI應(yīng)用。例如,在邊緣側(cè)存在大量傳感器、攝像頭等設(shè)備時,F(xiàn)PGA技術(shù)能夠?qū)崟r進行數(shù)據(jù)的低時延處理,加速邊緣端AI推理。
面對邊緣側(cè)越來越多的小語言模型和多模態(tài)模型的出現(xiàn),AMD正在打造一個一體化的軟件框架,使客戶能夠使用AMD的硬件訓(xùn)練模型并進行推理部署。在此過程中,AMD Versal系列產(chǎn)品憑借其靈活的NPU和可編程邏輯塊,成為了理想的選擇。
展望未來,F(xiàn)PGA正步入新的發(fā)展階段,技術(shù)迭代涌現(xiàn)出諸多新趨勢,如進一步SoC化、LUT數(shù)量增加、chiplets多芯粒整合封裝以及ASIC原型測試與測量等。AMD憑借其悠久的歷史和成熟經(jīng)驗,正不斷將新技術(shù)導(dǎo)入FPGA產(chǎn)品,助推其未來發(fā)展。同時,隨著先進半導(dǎo)體節(jié)點成本的快速下降,AMD FPGA產(chǎn)品也在不遺余力地研發(fā)基于最新工藝節(jié)點的新產(chǎn)品,未來不久,我們將見證這些基于芯粒技術(shù)的新品問世。
FPGA,這項嵌入在全世界各種應(yīng)用中的技術(shù),雖不為大眾所熟知,卻以其不可或缺的重要性和勃勃生機,在AI時代繼續(xù)發(fā)揮著獨特的作用,推動著各種應(yīng)用和創(chuàng)新的發(fā)展。FPGA的未來,依舊光明璀璨,AMD FPGA的未來,同樣值得期待。
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