前言：40年来，FPGA的晶体管数量从8.5万个飙升至1380亿个，逻辑单元从64个增长到1850万个，累计出货超30亿颗。FPGA这款诞生于1985年的[老兵]，虽知名度不及前者，却在人工智能、5G/6G通信、医疗科技等关键领域悄然崛起，成为支撑数字经济的[隐形基建]，在与ASIC、GPU的协同与博弈中，走出一条独特的崛起之路。
FPGA的核心优势，AI时代离不开它
FPGA的本质是[可重构硬件]，设计人员可在芯片部署后根据需求重新编程或配置数字逻辑，这一特性使其在快速变化的技术环境中具备天然优势。
①适配算法迭代：FPGA可通过重编程快速匹配新算法，成为算法探索期和标准未定阶段的理想选择。
从高频交易的实时算法优化到6G网络的AI处理技术探索，FPGA的可编程性使其成为应对不确定性的[保险机制]。
②兼顾性能与成本：对于小批量、高性能的特殊需求，如实验室高精度测量设备，FPGA无需承担ASIC的高额固定成本，性价比优势显著。
尽管FPGA的单个逻辑单元成本略高于ASIC，但在算法不稳定、市场规模未达临界值的场景中，其投资回报率反而更高。
③边缘计算场景的低功耗价值：智能摄像头、可穿戴设备、工业传感器等终端，既需要实时处理数据，又受限于有限供电。
在边缘侧，尤其是需要实时决策、不能出现延迟的业务中，FPGA是绝佳选择。
新技术突围，FPGA的新应用场景
从传统的军工、航空航天领域，到AI、5G等新兴赛道，FPGA的应用边界正在快速扩张。
根据市场研究，2025-2030年全球FPGA市场规模将从117.3亿美元增长至193.4亿美元，年复合增长率达10.5%，增长动力主要来自六大核心应用场景。
①AI基础设施：数据预处理的[第一道关卡]
AI系统的性能不仅取决于GPU/CPU的算力，更受制于数据传输和预处理效率。
数据中心中，FPGA正成为AI基础设施的关键组成。
在数据到达CPU或GPU之前，完成数据清洗、格式转换、降噪等预处理工作，缓解内存和I/O瓶颈。
即使拥有最先进的LLM模型，但如果数据噪声大，只会出现[垃圾进，垃圾出]的情况。
FPGA能处理PPT、语音、文本等多样化输入，将其转化为标准格式供后端算力单元使用。
在数据中心的网状拓扑结构中，FPGA作为智能网卡，可实现数据的高速移动和精准调度，其低延迟特性让内存与计算单元的邻近性优势最大化。
②边缘AI：从机器人到医疗影像的[实时算力]
边缘侧的实时决策需求，让FPGA找到了最佳舞台。
机器人技术需要融合摄像头、传感器的异构数据，在毫秒级延迟内完成路径规划和障碍物识别，FPGA的确定性延迟和传感器融合能力使其成为核心硬件。
医学成像领域，从视网膜扫描到核磁共振，都需要处理海量模拟数据并进行复杂矩阵运算，而FPGA的AI引擎恰好擅长此类计算。
处理原始模拟数据、滤波、重建图像，FPGA在这些环节表现出色。
FPGA的并行计算架构能大幅提升医学影像的处理速度，帮助医生更快发现早期病变。
在工业质检、智能交通等场景中，FPGA同样能以低功耗实现实时数据处理，成为边缘AI的[算力核心]。
③通信基础设施：5G/6G时代的[过渡与适配]
无线通信标准的演进周期中，FPGA始终扮演着关键角色。
5G/6G的部署初期，由于标准尚未完全定型，Erickson、诺基亚等设备商无法提前开发ASIC，而FPGA可通过重编程适配不断变化的协议要求，成为前期部署的首选。
Altera与BigCat的合作，正是为了扩展基于FPGA的无线接入网技术。
在5G波束成形应用中，AMD的自适应SoC使用量显著增长；而6G领域的AI处理技术尚未标准化，FPGA的灵活性使其成为厂商探索的核心平台。
从无线电侧到基带设备，都需要FPGA作为辅助组件，无线标准的前四到五年部署周期，FPGA几乎是唯一选择。
④云端虚拟FPGA：复杂计算的[卸载引擎]
基于云的FPGA实例（如AWS EC2 F2）正在改变数据中心的计算模式。
这些实例内置搭载八颗Xilinx FPGA的PCIe卡，可通过PCIe总线与主处理器协同，将DNA分析、化学反应模拟等计算密集型工作负载从CPU卸载，处理速度更快、能耗更低。
SiFive创业初期，曾以每小时6美元的价格租用AWS FPGA板，搭建低成本仿真器验证RISC-V设计，无需购买昂贵的FPGA原型系统。
云端FPGA可快速启停，适合复杂系统验证和弹性算力需求，这种模式正在加速AI训练与推理、生物科学等领域的创新。
⑤横向产品差异化：定制化功能的[实现路径]
对于横向整合的半导体企业而言，固定功能的ASIC会限制市场覆盖范围，而FPGA能帮助其实现产品差异化。
通过在SoC中集成嵌入式FPGA或支持外部FPGA连接，企业可为不同客户提供定制化硬件功能。既比软件实现速度更快、能效更高，又无需承担ASIC的专属开发成本。
如果希望可穿戴设备电池续航一周，就需要将部分功能从处理器转移到可编程逻辑。FPGA可帮助企业在不自研SoC的情况下，实现性能与功耗的优化。
更重要的是，嵌入式FPGA还能通过稀疏性和混淆技术保护核心算法知识产权，让软件开发商无需泄露秘密算法即可实现硬件加速。
⑥安全防护：应对动态威胁的[可编程屏障]
网络安全标准的频繁变化和量子黑客等新兴威胁，对硬件安全提出更高要求。
FPGA可通过重编程快速适配新的安全协议，其内置的硬加密模块能实现端到端在线加密，而基于AI的数据包检测功能可实时识别网络威胁，通过强化配置和访问控制，FPGA正成为网络安全的重要防线。
协同而非替代，三者的生态场景
在算力架构多元化的今天，FPGA、ASIC与GPU并非[非此即彼]的竞争关系，而是形成互补共生的混合生态。
①FPGA与ASIC：动态平衡的[生命周期搭档]
两者的选择本质是技术成熟度与市场规模的权衡。在技术探索期，FPGA承担原型验证和小批量供货任务。
当市场规模扩大、标准稳定后，企业可转向ASIC实现成本与能效优化，同时保留部分FPGA应对标准变更。
这种组合在通信领域尤为常见，5G部署初期，设备商使用FPGA快速响应协议迭代；当标准定型后，ASIC大规模量产降低成本，而FPGA仍用于基站的灵活扩展功能。
②FPGA与GPU：数据中心的[算力协同体]
GPU擅长大规模并行计算，是AI训练的核心；FPGA则在数据预处理、任务调度、低延迟推理等环节发挥优势，两者协同可大幅提升数据中心整体效率。
FPGA可聚合GPU请求并智能排序，预处理数据缓解I/O瓶颈，让GPU专注核心计算。
③异构计算：FPGA的终极定位
随着AI模型规模指数级增长，单一芯片难以兼顾所有需求，CPU、GPU、FPGA、ASIC的异构融合成为行业共识。
FPGA将与GPU、CPU一道扮演越来越重要的角色，带来模块化、灵活的加速能力，并支持靠近数据的数据处理。
未来的数据中心中，FPGA将成为[算力调度枢纽]。
一方面通过数据预处理和任务分发优化GPU效率，另一方面衔接边缘设备与云端算力，实现端云协同。
巨头整合与创新者突围的市场格局
FPGA市场长期由少数巨头主导，AMD收购赛灵思后，凭借CPU、GPU、FPGA的协同优势，在数据中心和边缘计算领域快速崛起。
形成数据中心+边缘双品牌战略，Alveo系列专注云端加速，最新推出的V80加速卡采用7nm工艺与8GB HBM2e内存，针对LLM推理优化的Transformer计算单元可实现每秒1.2万亿次INT8运算。
赛灵思Versal系列则主打自适应计算，ACAP架构集成AI引擎、DSP与CPU异构核心。
在医疗影像重建场景中实现64层CT数据处理时间从8秒压缩至0.5秒，成为GE医疗、西门子等企业的核心供应商。
与此同时，以ALINX为代表的创新企业通过模块化设计降低FPGA应用门槛。
其核心板+功能板+FMC子卡+IP核的产品体系，让客户无需从零开发硬件，可快速搭建行业解决方案。
英特尔2025年拆分Altera后，明确FPGA all in AI战略，锁定数据中心IPU、可编程网络、嵌入式智能终端市场。
Intel Agilex 系列FPGA集成AI张量块，Agilex 5支持56 INT8 TOPS算力，适配边缘低功耗场景。
Agilex 7则通过HBM2e内存突破大模型推理瓶颈，与 OpenVINO 工具链深度整合，降低开发门槛。
Achronix以堆料+定制化突围，其Speedster7t FPGA采用台积电7nm工艺与2D NoC技术，支持GDDR6与400G以太网，在LLM推理中展现出显著的成本与能效优势，成为云厂商的差异化选择。
国内FPGA市场长期被海外厂商垄断，但在国产化替代政策与AI算力需求的双重驱动下，本土企业加速崛起。
紫光同创推出Logos系列FPGA，LX7 系列逻辑容量突破100万LUT，支持 PCIe Gen4 与 HBM2，已应用于国产服务器与工业控制设备，2024年营收同比增长60%。
京微齐力聚焦边缘 AI 场景，JM7200 FPGA 能效比达 0.6 TOPS/W，适配智能驾驶与物联网终端，获小鹏汽车、海康威视订单。
安路科技发布PHOENIX系列中高端FPGA，支持INT8/FP16 混合精度计算，已进入数据中心推理试点，2025年计划推出7nm工艺产品。
复旦微电在FPGA领域也有多年积累，2025年上半年，公司FPGA及其他产品收入为6.81亿元，占总营收的36.98%。
公司表示将继续丰富FPGA产品系列谱系，满足人工智能和数字通信对新一代FPGA产品的市场需求。
结尾：
FPGA的未来，不仅是芯片本身的技术迭代，更是算力架构的重构与创新。
在这场以[灵活]制胜的算力革命中，FPGA正以其独特的价值，书写属于自己的时代篇章。
当突破形成合力，FPGA将真正完成从可重构芯片到AI基础设施的身份蜕变。
部分资料参考：FPGA开发圈：《高速AI时代，FPGA正在悄悄接管更多关键工作负载》，AI FPGA之恋：《智能算力引擎：FPGA如何点燃数据中心GPU池化革命》，ALINX：《FPGA展望：高增长垂直领域必然选择，ALINX能提供这些价值》
原文标题 : 分析丨FPGA 新角色：AI的基础设施？
