隨著云計算，大數據和人工智能技術應用，單靠CPU已經無法滿足各行各業(yè)的算力需求。海量數據分析、機器學習和邊緣計算等場景需要計算架構多樣化，需要不同的處理器架構和GPU，NPU和FPGA等異構計算技術協同，滿足特定領域的算法和專用計算需求。今天，筆者帶大家詳細了解下FPGA技術。

FPGA是英文Field Programmable Gate Array簡稱，即現場可編程門陣列。它是在PLA、PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

1、 FPGA簡介

FPGA普遍用于實現數字電路模塊，用戶可對FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實現用戶的需求。它還具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)在系統重構的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改?？梢院敛豢鋸埖闹v，FPGA能完成任何數字器件的功能，下至簡單的74電路，上至高性能CPU，都可以用FPGA來實現。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設計一個數字系統。

2、FPGA發(fā)展史

FPGA的發(fā)展歷史如下圖所示。相對于PROM、PAL/GAL、CPLD而言，FPGA規(guī)模更大性能更高。

圖1 FPGA發(fā)展史

FPGA芯片主流生產廠家包括Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi，其中前兩家的市場份額合計達到88%。目前FPGA主流廠商全部為美國廠商。國產FPGA由于研發(fā)起步較美國晚至少20年，目前還處于成長期，僅限于低端，在通信市場還沒有成熟應用。

2015年12月，Intel公司斥資167億美元收購了Altera公司。Altera被收購后不久即制定了英特爾處理器與FPGA集成的產品路線圖。這兩種產品集成的好處是可以提供創(chuàng)新的異構多核架構，適應例如人工智能等新市場的需求，同時能大幅縮減功耗。

圖2 FPGA在電信領域的應用歷史

FPGA在航天、軍工、電信領域有非常成熟和廣泛的應用。以電信領域為例，在電信設備一體機階段，FPGA由于其編程的靈活性以及高性能被應用網絡協議解析以及接口轉換。

• 在NFV（NetworkFunction Virtualization階段，FPGA基于通用服務器和Hypervisor實現網元數據面5倍的性能提升，同時能夠被通用Openstack框架管理編排。
• 在云時代，FPGA已經被作為基本IaaS資源在公有云提供開發(fā)服務和加速服務，AWS、華為、BAT均有類似通用服務提供。
• 截至目前，Intel的Stratix 10器件已被成功應用于微軟實時人工智能云平臺Brainwave項目。