fpga（field programmable gate array）於2023年由xilinx創始人之一ross freeman發明，雖然有其他公司宣稱自己最先發明可程式設計邏輯器件pld，但是真正意義上的第一顆fpga晶元xc2064為xilinx所發明，這個時間差不多比摩爾老先生提出著名的摩爾定律晚20年左右，但是fpga一經發明，後續的發展速度之快，超出大多數人的想象，近些年的fpga，始終引領先進的工藝。
fpga發明後，在這個行業裡面曾經出現過不少玩家，比如xilinx、altera、lattice、actel、cypress，atmel等，經過十幾年的廝殺，玩家逐漸減少，這些公司或者**，或者退出，如cypress，atmel完全退出，actel**給microsemi，altera被intel收購，但這兩個廠家還在這個行業。現在國際上的主流廠家實際只剩xilinx，altera（intel），lattice和microsemi四家。而前兩者是絕對的霸主，佔據市場總份額的近90%，處在第一陣營。後兩者份額在百分之十左右，處在第二陣營，但和第一陣營差距非常大。與國際上巨頭的兼併和退出相反，近些年國內陸續誕生了一些fpga設計公司，且有蒸蒸日上的趨勢，但在市場份額及技術方面和國際巨頭差距非常大，還遠未達到挑戰領先巨頭的實力，後面會對國內廠家做些分析。
下面再來簡要介紹fpga設計，這裡的fpga設計不是研發fpga晶元，而是用fpga做產品設計。業界普遍認為fpga設計門檻很高，相對軟體設計，差別在哪呢？現在fpga的主流設計還是採用verilog設計（早期有使用原理圖方式，這個方式更接近硬體搭積木，但大規模的設計無法完成）。用matlab，c語言做演算法設計，然後通過工具直接轉化為verilog的方式，喊了十幾年，到現在還未成為主流，說明工具在轉化verilog方面其效果還不如有經驗的fpga人員寫的**。verilog語言本身非常簡單，但fpga設計的難點並不在語言，而是對fpga器件內部資源和硬體的熟悉，你寫的語言能和你使用的目標器件高效的配合起來，使它的效果、利用率以及程式的可讀性達到最優，這個難度就非常大了。筆者曾經牽頭編寫了某大型公司整個無線產品的coding style，有近200條規定，這些規定是幾十個fpga開發人員多年經驗的積累，不按這個來，隨時可能是個坑。好的coding style，不僅程式寫得很美觀，可讀性好，也不容易出bug。一般來說，要成為乙個有經驗的fpga設計人員，起碼得從事相關工作5年以上，經歷過3個以上大型專案的鍛鍊，而且需要有高手帶。筆者曾經面試過的大量的fpga開發人員，基本上從研究所、小公司或者小團隊出來的，儘管有些工作了很多年，其底子也不是太好（這裡沒有歧視研究所和小公司的意思，術業有專攻而已）。因此，如果想在fpga設計領域做得很深入，國內著名通訊裝置廠家絕對是最好的選擇，沒有之一。當然，如果有ic設計經驗的人，轉為fpga開發，則會快很多，而且基本功也很紮實，但需要補充行業、系統經驗。
fpga從誕生起，就注定和asic站在不同的陣營。asic是固化好的晶元，不可以進行硬體程式設計（上面跑軟體的不屬於硬體程式設計）而隨意改變硬體結構，而fpga則可以根據設計者的需要改變硬體結構。因此，從靈活性來說，fpga遠強於asic晶元，而且fpga開發周期也比asic要短，因此在有些領域或者場景下，fpga比asic有優勢，比如通訊領域，協議標準還不成熟時，各個廠家大量的私有介面，使用fpga能快速推出產品，而且高度靈活滿足了非標準介面的開發。再比如工業領域，很多功能也可能是非標的，很難找到合適的asic晶元，這時fpga也是很好的選擇。但是fpga也有它的弱點，為了保證靈活性，晶元裡面預留了可配置邏輯，即相對asic增加了冗餘的面積，這樣既增加了成本也增加了功耗，這就決定了在有些領域裡面它很難競爭過asic，比如終端產品，它對低功耗要求比較高。在標準化的產品、功能裡面，它不需要那麼靈活，這也不是fpga的菜。因為終端產品量非常大，而且這個世界上大部分東西都是有共性的，即可以標準、通用的可能性大，因此，fpga在整個晶元行業佔比總體來說比較小。這些年fpga總體市場規模在40億美金左右（加上cpld大概在50多億美金），而2023年全球晶元市場規模大概在4000億美金左右。
總體來說，由於fpga本身的特點，決定了它不是在每個行業、產品都適合應用，標準化的，功耗要求很嚴格的，單價很低的產品都不適合，而這些恰恰是電子產品中佔比大的，事實上，fpga用得比較多的行業主要有通訊、工業控制、醫療裝置、及高階安防等，以及航天和軍工（可靠性要求高，但量不大），未來可能資料中心和ai會是乙個爆發點，後面會做分析。
在晶元應用行業，計算機和通訊是最大的兩個領域，而對於fpga來說，應用的第一大領域是通訊而不是計算機。pc機雖然數量及其巨大，但pc機裡面沒有fpga晶元，原因是pc機是乙個高度標準化的產品，因此pc機裡面所有晶元用asic實現不僅可行，而且是經濟的。而伺服器、大型機裡面開始逐步在使用fpga，主要用於大資料的協處理，目前量還不大，遠遠無法和通訊產品使用的fpga相比，但未來潛力很大，後面會做進一步介紹。
fpga2016各行業應用.jpg
通訊產品可以從雲、管、端層面來劃分，端不大適合使用fpga，如前所述，因為fpga功耗相對asic偏大，至於前段時間吵得沸沸揚揚的lattice fpga晶元用於三星和蘋果7的手機案例，實屬特例，千萬不要認為未來fpga能大規模進軍消費電子，從而使得fpga市場規模將成倍甚至數十倍的增加，至少短期內可能性不大。
通訊行業講的雲主要包括核心網及各種伺服器中心，在大資料和雲計算沒有規模應用之前，核心網裝置裡面基本沒有fpga，因為核心網所處理的協議其實非常標準化，變化不是太大，我們常見的2g-3g-4g以及即將到來的5g，其標準的核心部分實際上主要體現在物理層和邏輯層，而這些功能主要在管道（基站、基站控制、承載、傳輸等產品）中實現，這些標準變化快，各裝置廠家為了搶占產品和技術的制高點，甚至在標準還未凍結之前就推出原型樣機甚至小批量，而這只有fpga能做到。一般來講越往終端側靠近，裝置的數量越多，用的fpga量也越多，越靠近核心網側用的fpga數量越少，但fpga晶元的型號越高階，單片更貴。考慮量、價因素，最終還是基站側用的fpga總價高。
為什麼是基站（也可以說是管道）最適合用fpga，而且總價最高。首先因為基站的量非常大，基站雖然和手機的量沒法比，但遠多於核心網數量，據不完全統計，全球存量基站有數千萬（5g部署後，可能會輕鬆破億），每個基站裡面有數塊到10數塊板子（根據配置不同而不同），除了電源和風扇板子沒有fpga晶元外，幾乎每塊板子都有fpga晶元，有的還不止一顆。其次，基站裡面用的fpga型號也不會太低端，因為要處理複雜的物理協議、部分演算法和邏輯控制，介面速率更是乙個重要的考慮。一般來講，基站中的晶元**在一百到數千元人民幣不等。**過高比如幾千甚至上萬人民幣的晶元，最多在初期原型驗證用，不會大規模發貨。最後，基站主要負責實現通訊協議中物理層、邏輯鏈路層的協議部分，這部分內容每年都在公升級，而且也比較適合fpga來實現，尤其是協議未完全凍結時，最適合fpga來處理，因為可以通過公升級fpga版本來應對協議變動，待協議完全凍結後，各裝置廠家會逐步以asic來替代之前的fpga，因為量達到一定程度後，asic的成本和功耗優勢就體現出來了，而且大型裝置商的asic化能力又非常強，因此fpga在通訊領域主要在初、中期應用比例高，後期能被替代的都被asic替代了，只留下一些介面類的fpga，這也是fpga廠商必須要面對的乙個現實。
保溫隔熱材料在各行業中的應用
保溫隔熱材料在各行業中的應用 我國最常見的建築保溫隔熱材料主要包括 橡塑保溫棉 岩棉 玻璃棉等。在節能方面具有很大的社會效益 經濟效益和環保效益。我國最常見的建築保溫隔熱材料主要包括 橡塑保溫棉 岩棉 玻璃棉等，在節能方面具有很大的社會效益 經濟效益和環保效益。橡塑保溫棉，密閉式發泡結構，導熱係數小...
解鎖各行業難題，聯想全面開放AR應用平台AH雲
在傳統製造維修行業，裝置製造商需要組建專門的售後工程師團隊奔赴世界各地，維護售出的裝置。在這些企業中，人員的維護 差旅成本普遍偏高。為了節省中間的成本，有團隊推出專屬領域的ar眼鏡實現遠端維修，提高工作效率。相比於推出ar眼鏡，聯想創投集團子公司 ar行業解決方案商聯想新視界考慮得更長遠。聯想新視界...
大資料技術在各行業中的挑戰有哪些
作為乙個複雜的術語,大資料的定義根據社群 使用者或服務提供商而有所不同。跨學科方法可以了解不同參與者的行為 工具的設計者和 者 計算機科學家 使用者類別 經理 企業主 決策者 研究人員 以及專業人士。大資料在各行業組織的應用中越來越廣泛,而開展大資料專案並不容易。那麼大資料技術對各個行業都產生了哪些...