在边缘智能安防产业链中，FPGA 位于上游芯片设计与下游终端厂商之间的 AI 硬件加速环节。由于基于 CPU 的传统计算架构无法充分满足人工智能高性能并行计算的需求，需要 FPGA 等人工智能架构的专属芯片；而 FPGA 作为低功耗异构芯片，具备开发周期快、编程灵活的特点，因此在终端智能安防领域，已有厂商采用 FPGA 方案实现 AI 硬件加速。

为什么边缘推断需要 FPGA 这类专属芯片

人工智能应用分为训练与推断两个步骤。推断利用训练好的模型，用新数据得出结论，计算量相对较小，更侧重能耗、时延、成本等综合指标。

在边缘推断场景下，未来人工智能应用对终端设备推断能力的要求较高。FPGA 是低功耗异构芯片，开发周期快、编程灵活，人工智能领域的解决方案目前正从软件演进到软件+芯片。相较通用计算架构，它更适合承担终端侧的并行计算任务。

FPGA 在边缘智能安防产业链中的分工

围绕终端智能安防的 AI 硬件加速，产业链大致可分为三个环节：

  • 上游——芯片设计与流片：FPGA 属于硬件可重构的芯片，用户可通过软件重新配置芯片内部资源以实现不同功能。全球 FPGA 市场主要由海外巨头占据，赛灵思和 Altera 的市占率分别为 52% 和 35%；国内市场同样由他们主导，国产厂商紫光国微、复旦微电和安路科技合计市占率在 2021 年超过 15%。技术实力方面，国产厂商先进制程集中在 28nm，落后于国际 16nm 水平；国产旗舰产品处于 200K 门级水平，约为 XILINX 高端产品的 25% 左右。
  • 中游——板卡与模组集成：将 FPGA 芯片与外围电路、接口等集成为可嵌入终端设备的板卡与模组，是承接上游芯片、对接下游整机的中间环节。
  • 下游——终端智能安防厂商：在目前的终端智能安防领域，已有厂商采用 FPGA 方案实现 AI 硬件加速，把推断能力下沉到设备侧。

从市场规模看，全球 FPGA 市场规模预计将从 2021 年的 82.9 亿美元增长到 2025 年的 125.2 亿美元，年均复合增长率约为 10.8%；中国 FPGA 市场增长更快，预计 2021—2025 年规模复合增速为 17.1%。

常见问题

FPGA 在边缘智能安防中主要承担什么角色？

FPGA 在产业链中承担 AI 硬件加速环节，连接上游芯片设计与下游安防终端厂商。在终端智能安防领域，已有厂商采用 FPGA 方案实现 AI 硬件加速，把推断能力部署到设备侧。

为什么边缘推断环节会用到 FPGA，而不是只靠 CPU？

基于 CPU 的传统计算架构无法充分满足人工智能高性能并行计算的需求，需要 FPGA 等人工智能架构的专属芯片。FPGA 是低功耗异构芯片，开发周期快、编程灵活，在迭代升级周期频繁、技术不确定性较大的领域是较为理想的解决方案。

国产 FPGA 厂商目前处于什么水平？

国产 FPGA 厂商已开始崭露头角，紫光国微、复旦微电和安路科技合计市占率在 2021 年超过 15%。技术实力方面仍有差距：先进制程集中在 28nm，落后于国际 16nm 水平；旗舰产品处于 200K 门级水平，约为 XILINX 高端产品的 25% 左右。在国产化加速推进的背景下，中国 FPGA 厂商有望快速追赶。