今年是首款商用现场可编程门阵列（FPGA）诞生40周年，其带来了可重编程硬件的概念。通过打造“与软件一样灵活的硬件”，FPGA可重编程逻辑改变了半导体设计的面貌。这是开发人员第一次能在设计芯片时，如果规格或需求在中途、甚至在制造完成后发生变化，他们可以重新定义芯片功能以执行不同的任务。这种灵活性令新芯片设计的开发速度更快，从而缩短了新产品的上市时间，并提供了ASIC的替代方案。
FPGA对市场的影响是惊人的。FPGA催生了一个价值超过100亿美元的产业。过去四十年来，我们已向不同细分市场的超过7,000家客户交付了超过30亿颗FPGA和自适应SoC（结合FPGA架构与片上系统和其他处理引擎的器件）。事实上，我们已连续25年位居可编程逻辑市场份额的领先地位，并且我们相信，凭借我们强大的产品组合和产品路线图，我们有能力继续保持市场领先地位。
加速创新
FPGA是由已故的Ross Freeman发明的，他是赛灵思公司（现为AMD的一部分）联合创始人，也是一位工程师与创新者。Freeman认为，除了标准的固定功能ASIC器件之外，一定存在一种更好、更经济高效的芯片设计方法。FPGA为工程师提供了随时更改芯片设计的自由和灵活性，以在一天内开发和设计出定制芯片的能力。FPGA还助力开创了“无晶圆厂”商业模式，彻底改变了整个半导体行业。通过消除对定制掩膜加工和相关的非经常性工程成本的需求，FPGA助力加速硬件创新，证明企业不需要拥有晶圆代工厂来打造突破性的硬件——他们只需愿景、设计技能与FPGA。
Ross Freeman（右）鸟瞰XC2064布局
全球首款商用FPGA XC2064具备85,000个晶体管、64个可配置逻辑块和58个I/O块。相比之下，今天最先进的AMD FPGA器件（例如Versal Premium VP1902）集成了1,380亿个晶体管、1,850万个逻辑单元、2,654个I/O块、至多6,864个DSP58引擎，以及用于内存、安全和接口技术的丰富硬IP。
自全球首款商用FPGA（XC2064）出货以来的40年里，FPGA已在电子领域无处不在，并深深融入到日常生活中。如今，包括FPGA、自适应SoC和系统模块（SOM）在内的自适应计算器件已遍布于从汽车、火车车厢与交通信号灯到机器人、无人机、航天器与卫星到无线网络、医疗和测试设备、智慧工厂、数据中心甚至高频交易系统等各个领域。
关键创新与产品里程碑
过去40年来，AMD的创新和不断演进的市场需求推动FPGA技术取得了许多惊人的突破。
·1985年：XC2064——首款商用FPGA。
·20世纪90年代：XC4000和Virtex™FPGA– 率先为无线基础设施集成嵌入式RAM和DSP。
·1999年：Spartan系列发布——为大容量应用提供经济高效的传统ASIC替代方案。
·2001年：首款集成SerDes的FPGA。
·2011年：Virtex-7 2000T成为业界首个采用CoWoS封装的量产部署——助力开创了先进的2.5D集成技术的采用，该技术已成为HPC系统的基础，现正推动面向AI的GPU创新浪潮。
·2012年：Zynq系列——首款将Arm CPU与可编程逻辑相结合的自适应SoC。
·2012年：Vivado™设计套件——使软件开发人员能够进行FPGA设计。
·2019年：首款Versal自适应SoC发布——引入专用AI引擎和可编程片上网络（NOC）。
·2019年：Vitis™统一软件平台——提供预先优化的AI工具和抽象层，以加快推理速度。
·2024年：第二代Versal AI Edge系列——集成可编程逻辑、CPU、DSP和AI引擎，首次在单芯片上实现端到端AI加速，并为需要异构、低时延和高能效计算的新一代应用提供支持。
·2024年：Spartan UltraScale+ FPGA系列——补充了我们广泛的成本优化型FPGA和自适应SoC产品组合，为I/O密集型边缘应用提供经济高效的性能。
Vivado和Vitis软件的推出对推动市场扩张具有重要意义。Vivado软件通过高层次综合、机器学习优化和无缝IP核集成等高级功能，支持开发人员简化工作流程、缩短开发周期并实现更高的性能。
Vitis开发环境带来了预优化的工具和抽象层，以助力加速AI推理。最新版本（2024.2）包含多项新功能，例如，面向嵌入式C/C++设计的独立工具，以及简化搭载AI引擎的AMD Versal自适应SoC的使用的增强功能。我们持续投入于这些工具领域，令用户工作更加高效，同时能够利用新的和日益演进的数据类型与AI模型。
FPGA技术的演变
边缘AI
如今，大部分AI工作负载都在数据中心GPU上运行。然而，越来越多的AI处理发生在边缘。FPGA技术居于各行各业AI融合应用快速增长的前沿。FPGA和自适应SoC能实时提供针对传感器数据的低时延处理，从而加速边缘端AI推理。随着近来小型生成式AI模型的推出，我们可以看到“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、在您的车辆中、在工厂机器人、在太空还是任何嵌入式应用中。
以下仅列举了AMD自适应计算技术目前如何支持边缘AI工作负载的几个示例：
·美国国家航空航天局（NASA）–AMD Virtex FPGA助力NASA火星探测器实现AI功能，用于图像检测、匹配和校正，并在数据返回地球前过滤掉无用数据。
·斯巴鲁–已选择AMD第二代Versal AI Edge系列自适应SoC，将AI功能引入其下一代ADAS“EyeSight”驾驶辅助安全系统。
·SICK–AMD Kintex™UltraScale+™FPGA和FINN机器学习框架帮助SICK提供快速且准确的包裹检查，从而增强工厂自动化。
·Radmantis–AMD Kria™自适应SOM器件正助力实时AI推理，以促进可持续鱼类养殖。
·JR九州–日本最大的子弹头列车运营商之一，正采用AMD Kria SOM为其基于AI的轨道检查系统进行实时图像处理。
·Clarius–正使用AMD Zynq UltraScale自适应SoC助力其手持式超声设备中的感兴趣区域AI识别。
展望未来
我们看到，基于FPGA的自适应计算正持续推动边缘AI应用的突破，这些应用涵盖自动驾驶、机器人和工业自动化、6G网络、气候变化、药物研发、科学研究以及太空探索等领域。值此FPGA诞生40周年之际，我们为发明这项技术感到无比自豪，并回顾其发展历程及其在此后40年的巨大影响。致力于开发尖端和市场领先产品的开发人员持续运用FPGA技术推动创新芯片设计、支持硬件辅助验证并加快产品上市时间。AMD致力于在未来数十年引领这项卓越技术的演进。
