FPGA技术未来会如何演变?人工智能应用会带来哪些新机遇?
40年前的1985年,第一款商用FPGA芯片正式上市。这标志着电子行业进入了一个全新的时代。作为从业二十余年的工程师,我曾亲历过FPGA技术的每一次飞跃。从最初的XC2018到如今搭载AI引擎的先进设备,FPGA的演变历程堪称电子工程史上的里程碑。最近在整理技术资料时,翻出1986年撰写的文章手稿,那些关于逻辑单元阵列的描述,与今天的FPGA应用场景形成鲜明对比。
在AMD庆祝FPGA技术40周年之际,我们采访了AMD自适应计算部门的高管Kirk Saban。这位在FPGA领域深耕20年的从业者,用亲身经历讲述了这项技术如何从简单的逻辑优化芯片,进化为人工智能、嵌入式系统和高性能计算领域的核心引擎。在他看来,FPGA的每一次突破都源于对市场需求的精准把握和技术创新的持续投入。
1984年,Ross Freeman、Bernie Vonderschmitt和James Barnett三位工程师离开Zilog创业,这是FPGA发展史上的重要节点。他们创立的Xilinx公司,开创性地推出了可编程逻辑芯片。当时的投资者Kleiner Perkins敏锐地捕捉到这项技术的潜力,通过86.2万美元的投资,为FPGA技术的商业化铺平道路。这种早期的市场判断,正是FPGA技术能够持续发展的关键。
1比1还原1986年的技术资料,那篇关于XC2018的报道堪称经典。当时可编程逻辑芯片仍处于发展初期,设计定制芯片需要高昂成本和复杂流程。Xilinx推出的逻辑单元阵列(LCA)彻底改变了这一局面。这项技术采用CMOS工艺,为设计师提供了可重构的逻辑架构,使编程变得前所未有的便捷。从原理图设计到电路仿真,整个流程都可以在IBM-PC设备上完成,这在当时堪称革命性突破。
用户可编程硅技术的诞生,开启了FPGA技术的黄金时代。正如AMD在2025年6月的博客中所述,这项技术已经催生出价值超百亿美元的产业。从最初的1800个门阵列,到如今搭载AI引擎的先进设备,FPGA技术的演进轨迹清晰可见。这种持续的技术迭代,正是其能够适应多领域应用的核心优势。
在Kirk Saban看来,FPGA技术的演变经历了两个重要阶段。第一个转折点是Zynq系列的推出,这标志着FPGA从单纯的逻辑优化芯片,向嵌入式系统方向发展。通过将Arm处理器与可编程逻辑结合,Zynq实现了从Verilog语言到完整应用程序堆栈的跨越。这种技术融合,使FPGA在汽车、机器人和边缘AI等领域展现出强大生命力。
第二个重大突破是2.5D封装和chiplet技术的引入。通过将多个die封装在单个FPGA芯片中,这种异构集成技术大幅提升了芯片性能。Saban指出,这项创新不仅改变了FPGA的制造模式,还为现代GPU和AI加速器的发展奠定了基础。这种将内存与计算单元紧密集成的架构,正是当前高性能计算领域的重要趋势。
尽管GPU和定制ASIC技术不断发展,FPGA的核心价值依然不可替代。Saban强调,FPGA最大的优势在于其灵活性和快速上市能力。对于不需要大规模量产的应用场景,FPGA能显著降低开发成本。这种适应性使其在人工智能、汽车、国防和航空航天等领域持续发挥作用,成为各类系统中最先进的可编程组件。
AMD对Xilinx的收购,为FPGA技术发展注入了新的活力。Saban认为,这种规模效应加速了FPGA在高性能计算领域的应用。通过整合AMD的完整产品线,FPGA技术从嵌入式处理器延伸至云端加速器,展现出更广阔的应用前景。这种技术融合,使FPGA能够更好地满足现代计算需求。
在软核处理器领域,AMD展示了更多可能性。通过推出RISC-V版本的MicroBlaze处理器,公司为不同应用场景提供了更多选择。这种灵活性打破了传统FPGA厂商的局限,使技术能够更精准地匹配市场需求。Saban表示,这种技术路线的选择,让FPGA能够更广泛地应用于各类计算场景。
展望未来,FPGA在边缘人工智能领域展现出巨大潜力。Saban认为,实时决策无需依赖云端连接的特性,使FPGA成为理想选择。从自主机器人到工业自动化,FPGA技术正在重塑各类应用场景。虽然在消费级市场可能难以取代手机和笔记本电脑,但在专业领域,FPGA依然是最核心的可编程组件。
当前,人形机器人成为FPGA应用的新热点。Saban指出,许多客户对FPGA在人形机器人中的部署表现出浓厚兴趣。这种技术能够处理危险任务,如消防作业,有效降低人类风险。这种应用前景,使FPGA技术在工业和军事领域展现出新的价值。
总结来看,FPGA技术的发展历程印证了技术创新的持续性。从最初的逻辑优化芯片,到如今的AI引擎,这项技术始终保持着对市场需求的敏锐洞察。随着边缘计算和人工智能的快速发展,FPGA的应用场景将持续拓展,为电子工程领域带来更多可能性。