在人工智能（AI）浪潮下，就连苹果也抛弃了研发十年之久的造车项目全面参与AI。
在苹果掀起新一波AI服务器建设的同时，国内大厂却还在饱受缺芯之苦，阿里、腾讯等科技巨头一方面在测试英伟达“特供版”芯片H20，另外一方面也将更多的希望寄托于国产芯片。
除了寒武纪、华为海思、海光信息等GPU芯片厂商以外，FPGA芯片也将成为人工智能时代需要关注的芯片新方向。
英特尔近日也重启子公司Altera作为全新独立运营的FPGA公司，打造集成AI功能的FPGA芯片，来迎接人工智能时代数据中心建设带来的新机遇。
那么，FGPA芯片相比GPU芯片有什么独到之处呢？
逻辑芯片从功能角度一般分为四大类芯片：通用处理器芯片（包含中央处理芯片CPU、图形处理芯片GPU，数字信号处理芯片DSP等）、存储器芯片（Memory）、专用集成电路芯片（ASIC）和现场可编程逻辑阵列芯片（FPGA）。
FPGA芯片，全称现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array），是在1985年的时候由赛灵思创始人Ross Freeman 发明，是一种可以在芯片中预先设计实现的具有可编程特性的逻辑芯片。
相比人工智能领域需求量最大的算力芯片GPU，FPGA芯片在功耗和灵活性等方面具备优势。
首先，尽管计算性能的优势使得GPU几乎垄断了人工智能学习领域，但GPU依赖片外存储DRAM的数据处理流程，使得GPU芯片在功耗和时延方面要比FPGA有非常大的弱势。
相比之下，FPGA芯片可以灵活运用片上存储，完全可以不需要读取DRAM上的数据，整个算法在芯片内部完成，因此功耗远低于GPU。
典型FPGA芯片功耗通常是30W-50W，而GPU单片功耗就可以高达250W-400W，这对数据中心的现有的散热造成了巨大压力，往往需要专门制冷和供电系统方案来应对，造成了额外的成本支出。
其次，GPU通常需要将不同的训练样本划分成固定大小的“批次”，等数个批次集齐以后再统一进行处理，这使得GPU在训练大型样本时非常有优势。
但在做涉及小样本的推理训练时，这个优点反而成为了缺点，小样本数据不能直接快速处理，GPU的架构使得小样本训练额外增加了时间。
相比之下，FPGA的架构可以根据数据特点确定处理方式，不需要像 GPU一样划分批次集中处理，因此可以做到最低的时延，使得FPGA 在进行AI推理时具有非常大的优势。
从2017年开始，越来越多的大型云计算厂商开始正式使用FPGA、GPU 作为加速器，以获得数百倍于CPU的性能提升。
未来10年，我们将会看到在数据中心以及AI大模型训练中，CPU这位电脑“王者”的重要性下降，而GPU、FPGA、TPU、DPU 这些以往的“配角们”重要性在不断上升。
FPGA是数据中心、云计算核心算力芯片，在边缘计算、云端均存在良好应用场景，能够对于算法的运行带来效率的提升。
人工智能AI代表着人类更高级别的生产力工具，FPGA芯片凭借其架构带来的时延和功耗优势，在AI推理中具有非常大的优势。
那么，FPGA芯片的市场发展前景又有多大呢？
在FPGA芯片的市场应用过程中，首先在通信行业中获得广泛应用，而且以后依然是FPGA芯片的最重要的市场。
未来，FPGA的成长驱动力来自于AI数据中心、航空航天、工业和汽车等新兴市场的快速发展。
最快的市场则在数据中心等人工智能下游市场，我们看到愈发增长的高并行、低时延的计算需求在推动FPGA技术的发展。
目前，全球FPGA市场规模约为83亿美元，预计2028年将成长为近 200亿美元级别市场。
2019-2022年，受到5G规模部署等因素拉动，国内FPGA市场复合增速高达15%，预计2023年国内FPGA市场将达到19亿美元规模。
随着AI数据中心、电信、航空航天、汽车市场对FPGA日益增长的需求，将推动国内市场在2028年增长至45亿美元的规模，继续引领全球市场增长，成为推动世界发展的重要力量。
那么，国内有哪些优秀的FPGA研发企业呢？
和芯片整体行业情况类似，由于本土FPGA芯片厂商起步较晚，和海外龙头厂商的差距客观存在。
不过FPGA芯片国产化率提升有两大有利条件：一是近年国内正处于FPGA芯片国产化的强烈扶持阶段。二是28nm制程芯片的生命周期更长，给了国产厂商较为充分的追赶空间。
以华为、海康为代表的国内科技企业，对FPGA国产替代意愿强烈，积极扶持国产FPGA厂商，国产FPGA厂商迎来史无前例的发展机遇。
目前，国产FPGA主要参与者有紫光同创、复旦微电、紫光国微、安路科技、高云半导体、易灵思、西安智多晶、京微齐力等厂商，正在依靠大客户扶持迅速成长。
紫光国微，公司隶属紫光集团，是国内领军的特种芯片企业，公司主要收入来自于FPGA、模拟、存储等特种芯片和智能安全芯片两大业务。
公司凭借多年研发经验，已经在特种芯片设计领域构筑明显的壁垒，毛利率也从2018年的30.15%逐步增长到2023年的63.82%，盈利能力持续提升，也吸引了养老基金的进场支持。
紫光同创是紫光国微旗下参股公司，持股比例29.2%，公司是国产 FPGA龙头，拥有高中低端全系列产品，产品覆盖通信、工业控制、图像视频、消费电子等应用领域。
公司深度受益于FPGA 国产替代，从2018年收入不到1000万元，仅用4年时间收入超15亿元，营收翻了150倍，相当惊人。
目前，公司拥有28nm高容量FPGA产品。2023年6月推出了其SoC FPGA产品，正逐步走向高端FPGA的替代。
安路科技，公司具备FPGA芯片硬件和FPGA编译软件的自主研发能力，是民用FPGA领域的领先厂商，国产替代空间广阔。
复旦微电，目前公司的亿门级FPGA芯片基于28nm工艺制程，采用业内先进的CMOS工艺，是国内最早研制成功的亿门级FPGA芯片，已经实现了量产销售。
杰创智能，公司对芯片的研发方向集中在FPGA领域，主要用于开发高性能计算平台以及专用加解密算法服务器产品，研发的成果在公司的产品和服务中得到相应的应用。
整体来说，相比国际芯片巨头仍然还有很大的差距，不过这也是国内厂商的进步机会，有望继续实现市场份额的提升。
