小而美的FPGA，正在車用和AI場(chǎng)景綻放

汽車和AI，是當(dāng)前半導(dǎo)體市場(chǎng)最為人矚目的兩大增長(zhǎng)引擎。FPGA作為靈活可編程的半導(dǎo)體產(chǎn)品，也在兩個(gè)熱點(diǎn)市場(chǎng)有著差異化的應(yīng)用空間。目前，全球Top2 FPGA廠商先后被英特爾、AMD收購(gòu)，作為異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)的重要組成，支撐著AI、自動(dòng)駕駛等熱點(diǎn)應(yīng)用的發(fā)展。與此同時(shí)，來(lái)自獨(dú)立FPGA廠商的中小型FPGA產(chǎn)品，也在發(fā)揮著不可替代的作用。

中小型FPGA在車用場(chǎng)景有三大作用

在電氣化、智能化趨勢(shì)下，單車芯片用量由傳統(tǒng)燃油車時(shí)代的 600 至 700 顆/輛增長(zhǎng)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(dòng)汽車和智能駕駛場(chǎng)景中，功率、MCU、算力芯片有著很高的聲量。其實(shí)，在提升駕駛體驗(yàn)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(lái)越多地應(yīng)用于ADAS、信息娛樂(lè)、功能安全等系統(tǒng)，以及傳感器、智能后視鏡等產(chǎn)品。

“汽車主機(jī)廠對(duì)于半導(dǎo)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(yàn)和安全功能?！盠attice（萊迪思）首席戰(zhàn)略和營(yíng)銷官Esam Elashmawi 向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，“在初始階段，我們的汽車業(yè)務(wù)量比較小，但每年的增長(zhǎng)率非常高，增速已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)工業(yè)、通信、計(jì)算等行業(yè)應(yīng)用?！?/p>

如今的車輛除了傳統(tǒng)的中控顯示和儀表盤(pán)，還涉及空調(diào)控制、導(dǎo)航、電子后視鏡等分布在汽車各個(gè)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(huì)使車載顯示的配置和連接變得復(fù)雜。而FPGA可編程的優(yōu)勢(shì)，使通過(guò)同一芯片適應(yīng)多種屏幕成為可能。今年7月，Lattice推出了面向車載信息娛樂(lè)顯示屏互連和數(shù)據(jù)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?！拔覀兊腇PGA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(lái)，下游客戶不需要根據(jù)屏幕的尺寸和分辨率再去定制相應(yīng)的處理芯片?！盓sam表示。

隨著汽車搭載的傳感器越來(lái)越多，F(xiàn)PGA在數(shù)據(jù)融合處理方面也有著用武之地。曾經(jīng)，車載處理器只需要處理少量傳感器的數(shù)據(jù)，如今單車搭載的傳感器多達(dá)10個(gè)以上。FPGA作為可以編程IO的芯片，能夠更加靈活地調(diào)用傳感器和信息輸入，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和預(yù)處理，再傳輸給原有的車用處理器進(jìn)一步處理或者直接生成結(jié)果并輸出到車載顯示器上。

此外，F(xiàn)PGA還能夠在一個(gè)容易被忽略但是起到重要作用的領(lǐng)域發(fā)揮作用——車用芯片之間的橋接和功能補(bǔ)充。雖然頭部車用半導(dǎo)體供應(yīng)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(dǎo)體，導(dǎo)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(dāng)汽車需要增強(qiáng)特定的功能或者為關(guān)鍵設(shè)備添加冗余，也可以通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)?！霸谄嚿嫌性S多功能安全的需求，要求設(shè)備具有冗余性，比如儀表盤(pán)上關(guān)鍵信息的顯示、車輛速度、車輛警報(bào)等。在這些方面，F(xiàn)PGA的靈活性可以帶來(lái)優(yōu)勢(shì)，而且FPGA能夠?qū)⒏鞣N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(lái)表示。

FPGA在兩大AI場(chǎng)景均有發(fā)展空間

FPGA可以反復(fù)編程的特性，契合了人工智能算法持續(xù)演進(jìn)和升級(jí)的趨勢(shì)?！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(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型隔段時(shí)間就會(huì)迭代變化，F(xiàn)PGA的好處在于，開(kāi)發(fā)者可以隨時(shí)將更加新銳、效率更高的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型重新編程到FPGA,而不需要像ASIC芯片那樣進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。因此FPGA可以無(wú)條件地適應(yīng)未來(lái)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?！盓sam表示。

AI應(yīng)用主要分為兩大類，一類是在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的大型生成式AI，另一類是筆記本電腦等設(shè)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(jīng)通過(guò)AMD和英特爾的異構(gòu)計(jì)算體系，為AI應(yīng)用提供算力。同時(shí)，中小型FPGA也正在從AI應(yīng)用中受益。

在數(shù)據(jù)中心，Lattice的FPGA搭載于CPU式、GPU式以及AI服務(wù)器中。在AI浪潮到來(lái)前，Lattice在該市場(chǎng)的收入也在持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)Esam介紹，2019 年 5月，Lattice在服務(wù)器市場(chǎng)的搭載率約為 25%，如今搭載率已經(jīng)超過(guò)了100%。同時(shí)，每一代服務(wù)器產(chǎn)品都會(huì)帶來(lái)更多功能，有著更高的ASP（平均售價(jià)）。搭載率和ASP共同驅(qū)動(dòng)著Lattice在服務(wù)器市場(chǎng)的成長(zhǎng)。而AI專用服務(wù)器有著更高的FPGA搭載率，將為L(zhǎng)attice等中小FPGA企業(yè)帶來(lái)更多的機(jī)遇。

而在邊緣設(shè)備上，F(xiàn)PGA被應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化、汽車等終端AI上。曾經(jīng)，Lattice的產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)市場(chǎng)，如今筆記本電腦廠牌也開(kāi)始采用Lattice用于人工智能算法的FPGA芯片?！皫啄昵敖K端設(shè)備市場(chǎng)還沒(méi)有規(guī)模化采用FPGA，現(xiàn)在終端廠商開(kāi)始使用 FPGA。終端設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模比服務(wù)器市場(chǎng)大 20 倍，每年的出貨量大約在2.5億到3億臺(tái)。這對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)完全嶄新的市場(chǎng), 也是新的增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)引擎?！盓sam說(shuō)。

芯片供應(yīng)商若要更好地支持下游產(chǎn)品、IT基礎(chǔ)設(shè)施廠商追趕技術(shù)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(shí)現(xiàn)AI應(yīng)用的sensAI、實(shí)現(xiàn)嵌入式視覺(jué)的mVision、實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的Automate等軟件解決方案。接下來(lái)，Lattice會(huì)向上游延伸，與 IP合作伙伴、生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴進(jìn)行進(jìn)一步的合作，將預(yù)制IP編程到FPGA 中，以支持工業(yè)、汽車、通信、計(jì)算等行業(yè)所需的特定功能。

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