小而美的FPGA，正在車用和AI場景綻放

汽車和AI，是當前半導體市場最為人矚目的兩大增長引擎。FPGA作為靈活可編程的半導體產品，也在兩個熱點市場有著差異化的應用空間。目前，全球Top2 FPGA廠商先后被英特爾、AMD收購，作為異構計算平臺的重要組成，支撐著AI、自動駕駛等熱點應用的發(fā)展。與此同時，來自獨立FPGA廠商的中小型FPGA產品，也在發(fā)揮著不可替代的作用。

中小型FPGA在車用場景有三大作用

在電氣化、智能化趨勢下，單車芯片用量由傳統(tǒng)燃油車時代的 600 至 700 顆/輛增長至約2000 顆/輛，分布在智能汽車感知、決策、執(zhí)行的方方面面。在電動汽車和智能駕駛場景中，功率、MCU、算力芯片有著很高的聲量。其實，在提升駕駛體驗和功能安全方面，中小型FPGA也發(fā)揮著不可忽視的作用，正在越來越多地應用于ADAS、信息娛樂、功能安全等系統(tǒng)，以及傳感器、智能后視鏡等產品。

“汽車主機廠對于半導體等元器件的期許，并不是基于它們讓車輛跑出更高的速度，而是打造差異化的駕乘體驗和安全功能?！盠attice（萊迪思）首席戰(zhàn)略和營銷官Esam Elashmawi 向《中國電子報》記者表示，“在初始階段，我們的汽車業(yè)務量比較小，但每年的增長率非常高，增速已經遠遠超過工業(yè)、通信、計算等行業(yè)應用?！?/p>

如今的車輛除了傳統(tǒng)的中控顯示和儀表盤，還涉及空調控制、導航、電子后視鏡等分布在汽車各個位置的屏幕。如果為不同規(guī)格的屏幕分別配置顯示芯片，會使車載顯示的配置和連接變得復雜。而FPGA可編程的優(yōu)勢，使通過同一芯片適應多種屏幕成為可能。今年7月，Lattice推出了面向車載信息娛樂顯示屏互連和數據處理功能的解決方案，支持顯示屏互連和處理、多顯示屏互連等功能。“我們的FPGA具有靈活性，可以滿足并且匹配不同尺寸、不同分辨率的屏幕，如此一來，下游客戶不需要根據屏幕的尺寸和分辨率再去定制相應的處理芯片。”Esam表示。

隨著汽車搭載的傳感器越來越多，FPGA在數據融合處理方面也有著用武之地。曾經，車載處理器只需要處理少量傳感器的數據，如今單車搭載的傳感器多達10個以上。FPGA作為可以編程IO的芯片，能夠更加靈活地調用傳感器和信息輸入，對數據進行匯總和預處理，再傳輸給原有的車用處理器進一步處理或者直接生成結果并輸出到車載顯示器上。

此外，FPGA還能夠在一個容易被忽略但是起到重要作用的領域發(fā)揮作用——車用芯片之間的橋接和功能補充。雖然頭部車用半導體供應商都在推出整合的方案，但依然存在同一輛車搭載了不同品牌、不同功能的半導體，導致接口不統(tǒng)一的情況。FPGA可以在不同的芯片接口之間起到橋接作用。另一方面，當汽車需要增強特定的功能或者為關鍵設備添加冗余，也可以通過FPGA實現?！霸谄嚿嫌性S多功能安全的需求，要求設備具有冗余性，比如儀表盤上關鍵信息的顯示、車輛速度、車輛警報等。在這些方面，FPGA的靈活性可以帶來優(yōu)勢，而且FPGA能夠將各種功能整合到一起，優(yōu)化整體的物料成本?！比R迪思亞太區(qū)總裁徐宏來表示。

FPGA在兩大AI場景均有發(fā)展空間

FPGA可以反復編程的特性，契合了人工智能算法持續(xù)演進和升級的趨勢?！叭斯ぶ悄艿?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%A5%9E%E7%BB%8F%E7%BD%91%E7%BB%9C/">神經網絡模型隔段時間就會迭代變化，FPGA的好處在于，開發(fā)者可以隨時將更加新銳、效率更高的神經網絡模型重新編程到FPGA,而不需要像ASIC芯片那樣進行重新設計。因此FPGA可以無條件地適應未來的神經網絡?！盓sam表示。

AI應用主要分為兩大類，一類是在數據中心運行的大型生成式AI，另一類是筆記本電腦等設備搭載的邊緣式AI。全球前兩大FPGA廠商賽靈思和Altera的大型FPGA，已經通過AMD和英特爾的異構計算體系，為AI應用提供算力。同時，中小型FPGA也正在從AI應用中受益。

在數據中心，Lattice的FPGA搭載于CPU式、GPU式以及AI服務器中。在AI浪潮到來前，Lattice在該市場的收入也在持續(xù)增長。據Esam介紹，2019 年 5月，Lattice在服務器市場的搭載率約為 25%，如今搭載率已經超過了100%。同時，每一代服務器產品都會帶來更多功能，有著更高的ASP（平均售價）。搭載率和ASP共同驅動著Lattice在服務器市場的成長。而AI專用服務器有著更高的FPGA搭載率，將為Lattice等中小FPGA企業(yè)帶來更多的機遇。

而在邊緣設備上，FPGA被應用在工業(yè)自動化、汽車等終端AI上。曾經，Lattice的產品主要應用于工業(yè)市場，如今筆記本電腦廠牌也開始采用Lattice用于人工智能算法的FPGA芯片?！皫啄昵敖K端設備市場還沒有規(guī)?；捎肍PGA，現在終端廠商開始使用 FPGA。終端設備市場規(guī)模比服務器市場大 20 倍，每年的出貨量大約在2.5億到3億臺。這對于我們來說是一個完全嶄新的市場, 也是新的增長驅動引擎?！盓sam說。

芯片供應商若要更好地支持下游產品、IT基礎設施廠商追趕技術更迭迅速的AI浪潮，除了提供硬件，也需要提供軟件工具支持。Lattice推出了實現AI應用的sensAI、實現嵌入式視覺的mVision、實現工廠自動化的Automate等軟件解決方案。接下來，Lattice會向上游延伸，與 IP合作伙伴、生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴進行進一步的合作，將預制IP編程到FPGA 中，以支持工業(yè)、汽車、通信、計算等行業(yè)所需的特定功能。

“FPGA行業(yè)的獨特性就是芯片占其中的50%，剩下的50%是相關的軟件工具，在這方面需要大量的積累和長期不斷的投資?！毙旌陙肀硎?。