AI芯片主要分為CPU 、GPU、FPGA以及ASIC。其中以CPU、GPU、FPGA、ASIC的順序，通用性逐漸減低，但運算效率逐步提高。

FPGA，是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物，作為與用集成電路領域中的一種半定制電路而出現，既解決了定制電路的不足，又光服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

憑借其可編程靈活性高、開發周期短、并行計算效率高等特性，FPGA在5G跟AI中得到了廣泛應用。因為很多通信業務的應用場景是需要隨時升級的，與FPGA相比，ASIC的靈活性不足，無法跟上算法的迭代更新，因此FPGA是更好的選擇。

在人工智能市場，目前來自“訓練”的需求最為廣泛，但是自2019年以來“推斷”（包括數據中心和邊緣端）的需求將會持續快速爆發式增長。基于CPU的傳統計算架構無法充分滿足人工智能高性能并行計算的需求，FPGA是低功耗異構芯片，開發周期短、編程靈活，人工智能領域的解決方案目前正從軟件演進到軟件＋芯片。雹求，FPGA是低功耗異構芯片，開収周期快，編程靈活，人工智能領域癿解決斱案目前正從軟件演迕到軟件＋芯片。

FPGA的應用領域

一、數據采集和接口邏輯領域

1．FPGA在數據采集領域的應用

由于自然界的信號大部分是模擬信號，因此一般的信號處理系統中都要包括數據的采集功能。通常的實現方法是利用A／D轉換器將模擬信號轉換為數字信號后，送給處理器，比如利用單片機（MCU）或者數字信號處理器（DSP）進行運算和處理。

對于低速的A／D和D／A轉換器，可以采用標準的SPI接口來與MCU或者DSP通信。但是，高速的A／D和D／A轉換芯片，比如視頻Decoder或者Encoder，不能與通用的MCU或者DSP直接接口。在這種場合下，FPGA可以完成數據采集的粘合邏輯功能。

2．FPGA在邏輯接口領域的應用

在實際的產品設計中，很多情況下需要與PC機進行數據通信。比如，將采集到的數據送給PC機處理，或者將處理后的結果傳給PC機進行顯示等。PC機與外部系統通信的接口比較豐富，如ISA、PCI、PCI Express、PS／2、USB等。

傳統的設計中往往需要專用的接口芯片，比如PCI接口芯片。如果需要的接口比較多，就需要較多的外圍芯片，體積、功耗都比較大。采用FPGA的方案后，接口邏輯都可以在FPGA內部來實現了，大大簡化了外圍電路的設計。

在現代電子產品設計中，存儲器得到了廣泛的應用，例如SDRAM、SRAM、Flash等。這些存儲器都有各自的特點和用途，合理地選擇儲存器類型可以實現產品的最佳性價比。由于FPGA的功能可以完全自己設計，因此可以實現各種存儲接口的控制器。

3．FPGA在電平接口領域的應用

除了TTL、COMS接口電平之外，LVDS、HSTL、GTL／GTL＋、SSTL等新的電平標準逐漸被很多電子產品采用。比如，液晶屏驅動接口一般都是LVDS接口，數字I／O一般是LVTTL電平，DDR SDRAM電平一般是HSTL的。

在這樣的混合電平環境里面，如果用傳統的電平轉換器件實現接口會導致電路復雜性提高。利用FPGA支持多電平共存的特性，可以大大簡化設計方案，降低設計風險。

二、高性能數字信號處理領域

無線通信、軟件無線電、高清影像編輯和處理等領域，對信號處理所需要的計算量提出了極高的要求。傳統的解決方案一般是采用多片DSP并聯構成多處理器系統來滿足需求。

但是多處理器系統帶來的主要問題是設計復雜度和系統功耗都大幅度提升，系統穩定性受到影響。FPGA支持并行計算，而且密度和性能都在不斷提高，已經可以在很多領域替代傳統的多DSP解決方案。

例如，實現高清視頻編碼算法H．264。采用TI公司1GHz主頻的DSP芯片需要4顆芯片，而采用Altera的StratixII EP2S130芯片只需要一顆就可以完成相同的任務。FPGA的實現流程和ASIC芯片的前端設計相似，有利于導入芯片的后端設計。

三、其他應用領域

除了上面一些應用領域外，FPGA在其他領域同樣具有廣泛的應用。

（1）汽車電子領域，如網關控制器／車用PC機、遠程信息處理系統。

（2）軍事領域，如安全通信、雷達和聲納、電子戰。

（3）測試和測量領域，如通信測試和監測、半導體自動測試設備、通用儀表。

（4）消費產品領域，如顯示器｜、投影儀、數字電視和機頂盒、家庭網絡。

（5）醫療領域，如軟件無線電、電療｜、生命科學。

國內外FPGA產業發展對比

目前國外龍頭工藝技術已達7nm、10nm級，可實現4－5億門器件規模。5G無線，數據中心，汽車，無線通信，AI智能，工業，消費電子，醫療科學等，正在成為全球FPGA市場規模模增長的主要驅動力。

從上世紀90年底啊開始，國產FPGA已經經歷了從反向設計到正向設計的時代，目前活躍在市場的國產FPGA產品中，多以中低密度產品為主。對于國內大部分的中高密度FPGA來說，其架構都離不開LUT＋布線的概念。具體到產品來看，各自側重的技術、IP乃至相應的應用市場也各自有針對性，從這個角度來看，國內廠商在中高密度FPGA的技術水平無法與國外相比，在軟／硬件層面都還存在一定差距。

國內FPGA產業鏈構成

與芯片半導體產業一樣，FPGA的產業鏈也遵循同樣的流程與環節。

在設備／材料環節，相關公司有北方華創、中微公司、華峰測控等；

在EDA環節，相關公司有華大九天、芯愿景、廣立微、奧卡思等；

在IP環節，相關公司有芯原微、芯動科技、寒武紀等；

在IC設計環節，相關公司有紫光同創、高云半導體、京微齊力、聯捷科技、安陸信息、復旦微、智多晶等；

在IC制造環節，主要公司以中芯國際為主；

在IC封測環節，相關公司有長電科技、華天科技、通富微電等。