FPGA初级课程第一讲 FPGA的发展、应用、前景、学习渠道

FPGA初级课程第一讲
FPGA的发展、应用、前景、学习渠道

Hi，大家好！我是至芯科技的李老师。
今天讲课的题目是：FPGA的发展、应用、前景、学习渠道。
对于电子信息、通信等学科的同学来说，EDA设计，也就是电子设计自动化，已成为必修科目。
而EDA的语言工具HDL硬件描述语言，如verilog HDL等，早已为电子专业人员所熟知。
FPGA（Field－Programmable Gate Array），也就是现场可编程门阵列，作为EDA设计和HDL语言的重要载体，已经成为今天电子类产品快速开发的绝对主角。
并且通过掌握FPGA技术，完全能够胜任IC芯片的前端验证工作。

今天我就来给大家讲解一下，如何通过掌握FPGA技术，来踏上高薪之路，开创自己人生的新天地。
借用夏宇闻老师的一句话，也就是“改变自己，影响周围”，通过自己的努力，通过掌握FPGA技术，来改变自己的命运，并达到影响周围环境的目的。
这句话今天也成为了北京至芯科技的座右铭。
我们通过至芯的每一小步，来推动FPGA技术在中国的普及，弥补中国大学EDA教育的不足，提供企业和研究院所紧缺的FPGA专业人才，并使普通学校的学生也能享受优质的FPGA教育资源。
这也正是夏老师最早投身至芯FPGA培训的初心。

社会普遍就业环境 和 FPGA行业的就业环境

关于这一点，我这里列举4组数字。
       
        1、2016年全国高校毕业生总数将超过746万。

        2、2016年就业大学生平均月薪2687元。

        3、FPGA/IC设计行业至少有20-30万的人才缺口。

        4、FPGA相关行业的工程师指导薪金在4000-30000元。

当前高校毕业生就业难是不争的事实。
就业压力大，就业形势严峻，毕业即失业，这成为摆在高校毕业生面前的拦路虎。
而FPGA行业的就业形势在整个就业环境中，堪称灰色大背景下的一抹亮丽，为业界所关注。

2014年 中国集成电路行业迎来春天

在国家明确将集成电路产业上升至国家战略后，2014年6月24日国务院印发了《国家集成电路产业发展推进纲要》。

受政策红利推动，中国第二大进口商品—集成电路(IC)，进入了地方跨越式赶超发展阶段。
事实上，2015年中国进口芯片总额达2300多亿美元，已经超过原油成为我国第一大进口商品。
国家集成电路产业投资基金(简称大基金)设立后，募集资金超过1300亿元，决策通过十几个投资项目，有效带动了国内资本对集成电路产业的关注与投入。
在大基金的带动下，多个地方政府也设立了地方版的集成电路产业投资基金，包括北京、上海、四川等地，总体资金量与大基金相同。
国家级集成电路产业基金成立，同时鼓励社会资本投入，有效激活了集成电路产业的金融链。

从中国千亿大基金扶持计划、到“中国制造2025”，政策利好为中国半导体产业带来了前所未有的发展机遇。
可以说，2014年以后，中国集成电路行业迎来了发展的春天。

中国集成电路行业成为万亿级行业 (位居全球第二)

2014年是整个集成电路有意义的一年。
2014年中国集成电路产业和市场，首次超过一万亿人民币，10393亿元人民币，这是非常庞大的规模，位居全球第二。
同时集成电路的设计业首次过千亿，也意味着随着国家实力增强，国内的市场需求的产业发展都在同步的发展。
未来看国内的市场增速，2017年预计到2000亿美元庞大的市场，对国内产业的未来发展提供了很好的契机。

芯片(集成电路)被喻为“工业粮食”，中国一直是全球最大的芯片进口国。
随着中国力量的崛起，全球芯片产能正加快向中国大陆转移，全球芯片产业格局进入大调整阶段。
近年来，三星、英特尔等全球芯片巨头都积极在中国进行布局，扩大在这个全球最大芯片市场的产能投入。
此外，中国自主终端品牌厂商如华为、中兴、比亚迪、联想、大疆创新等公司的崛起，对半导体产品需求量大增，在半导体芯片产品的采购上，已经成为仅次于美国的全球第二大客户。

集成电路产业发展的终极驱动力是上游技术创新和下游终端需求。
上有国家创新意志推动，下有众多终端厂商支持，中国集成电路产业面临千载难逢的发展良机，大有可为。
同时，抓住机遇，实现产业良性发展，加速培育有核心竞争力的新技术和新产品，是中国集成电路产业亟待解决的核心问题。

FPGA的应用范围

FPGA的最初也是传统的应用领域是通信领域，包括无线通信和有线通信。
但是随着信息产业和微电子技术的发展，FPGA技术已经成为信息产业最热门的技术之一，应用范围遍及航空航天、汽车、医疗、广播、测试测量、消费电子、工业控制、计算机设备、武器装备等热门领域，并随着工艺的进步和技术的发展，渗透到生活的各个角落当中。

FPGA的应用范围

FPGA被广泛应用于各种嵌入式处理解决方案，在追求更低成本、更低功耗、更小尺寸的同时，实现了性能上的不断提升。

FPGA经典应用——奥运会画卷

利亚德电子技术公司在2008奥运会开幕式画卷LED屏控制系统中选用了Altera的Cyclone® II FPGA，展示了Altera提供功能优异、高性价比解决方案的能力。

LED显示屏应用于鸟巢场内四周以及地面中心的画卷上。
每个LED屏控制系统采用了4,000片Altera Cyclone II FPGA。
利亚德系统扫描和控制的逼真视频图像显示在LED屏上。
Cyclone II器件完成控制器电路板的图像处理、编码和数据发送功能。

IBM服务器——插入FPGA性能提高30倍

OpenPOWER是以IBM、NVIDIA、Mellanox、Google、TYAN为首的5家公司，于2013年8月发起的一个技术推广联盟。
截止到2015年6月，OpenPOWER会员数量超过了130家，来自于中国的厂商就超过了20家。

OpenPOWER所推广的技术就是基于IBM POWER8及以后的处理器与平台技术，这其中POWER8处理器所具备的一致性加速处理器接口（CAPI，Coherent Accelerator Processor Interface）就是一个重要的技术点，也正是它让FPGA迅速成为了新一代异构计算的亮点。

由于CAPI接口并非传统意义上的I/O驱动模式，直接走硬件代理与CPU沟通，所以从应用的全局视角，数据的访问步骤明显减少（FPGA与CPU对等访问），让数据访问效率大幅度提高，总延迟约是传统模式的1/36，同时这种应用加速设计，对于应用的编程修改影响最小。

在这种CAPI+FPGA的应用中，一台服务器加一个FPGA加速卡就可以替代传统的30台服务器。

拥有现场可重构功能的FPGA是下个风口

今年以来，美股中涨得最好的是计算机板块，计算机板块里涨得最好的是半导体芯片公司。
传统PC芯片巨头积极向人工智能、物联网等领域转型，与此同时，集成电路产业链并购愈演愈烈。
市场人士认为，集成电路板块已站上风口，迎来投资者越来越多的关注。

而可重构器件有望成为未来物联网芯片的基本形态，而FPGA是当前可重构芯片的主要实现形式。
FPGA全球市场容量目前约为45亿美金，随着物联网时代的逐步到来，拥有现场可重构功能的FPGA有望成为下个风口。

iPhone7 中植入FPGA

iPhone 7和iPhone 7 Plus发售不久后，著名的拆解网iFixit和Chipworks均对这款手机进行了拆解。
根据Chipworks的介绍，他们在拆解过程中发现了一枚神秘的芯片——来自Lattice半导体公司的FPGA芯片。

iPhone 7中的FPGA芯片安装在数据中心，作用在于加速机器学习。
这也是苹果首次在iPhone上配备该芯片，而此类芯片在数据中心一直是机器学习的发动机。
据业内人士分析，iPhone 7上的这枚FPGA芯片，可能有关于机器学习，也可能用于为AR技术（增强现实技术）做准备。
不过目前似乎还未对这个芯片进行使用，猜测在未来的固件中或许会对该芯片的功能进行修改。

苹果此举非常有趣，也绝对地一反常态，而苹果总喜欢出人意料，要知道给手机加FPGA会增加制造成本，而这种芯片在手机内还比较少见。
究竟这枚FPGA芯片将在iPhone 7上发挥何种作用？让我们拭目以待吧！