推薦序2

第一眼看到石侃博士這本《詳解FPGA：人工智能時代的驅動引擎》時，一下子勾起了我的回憶。回想起來，我大約是在2005年第一次接觸FPGA，從此為我打開了一扇通往硬件世界的大門。

我的博士工作便是研制了一套基于FPGA的內存總線監測設備HMTT。它支持軟硬件協同，可以算是一款頗具特色的自研設備，撰寫的相關論文也被2008年系統評測領域國際頂級會議SIGMETEICS接收，這可能是該會1973年舉辦以來接收的中國大陸第一篇論文。

雖然已經是15年前的工作，但現在對HMTT的一些技術細節依然是如數家珍：硬件部分是一塊自制的帶有FPGA的PCB，直接插在DDR內存槽上，而內存條則插在PCB上。內存總線上的信號被分為兩路，一路送往內存條去讀寫數據，另一路則被送到FPGA進行處理，實時還原為包含物理地址的讀寫命令，然后通過以太網發送到一個磁盤陣列存下來。

軟件部分設計了一種同步機制，能讓FPGA識別軟件操作（如操作系統頁表更新、函數調用等），從而將物理地址和軟件操作關聯起來，例如通過和頁表關聯就能將物理地址還原為進程的虛擬地址。

如今，HMTT已經發展到第四代，從早期支持DDR-200到現在已能支持DDR4-2600，伴隨的是所使用的FPGA也從Xilinx的Virtex-4/5發展到Kintex UltraScale XCKU035。研制HMTT成功之后的十多年，我們團隊的每一項科研工作都沒離開過FPGA。

有時會想，為什么會出現FPGA這樣的技術？為什么這類硬科技大多先在美國誕生？中國未來又有什么新機會？翻閱著石侃博士的這本關于FPGA的大作，讀著書中一個個與FPGA深度融合的前沿技術及其背后的人和故事，啟發我對這幾個問題更深入的思考。

石侃博士在書中把FPGA的誕生稱為“歷史的必然”。20世紀80年代，2/3的芯片項目由于需求變化、設計漏洞、流片失敗等種種原因而賠錢，只有1/3的芯片設計能實際投入生產。因此業界急需一種技術能在流片前充分測試與驗證，從而降低流片失敗率。于是FPGA應運而生！1984年，Xilinx推出了世界上第一款FPGA XC2064，只有64個可編程邏輯單元，800個晶體管。35年后的2019年，英特爾推出了當時世界上最大的FPGA—Stratix10 GX 10M，1020萬個可編程邏輯單元，433億個晶體管。如今FPGA已經發展成一個全球市場規模約60億美元的產業，在整個芯片產業鏈中發揮著不可或缺的作用，甚至成為我國面臨“卡脖子”的一類核心芯片。回顧一項項硬科技的發展歷程，哪怕誕生之初再渺小，只要能真正解決市場需求，那么它的誕生就是一種“歷史的必然”。

為什么FPGA先在美國誕生？而不是在日本或者歐洲？事實上，20世紀80年代初，日本的半導體產業如日中天，1986年日本半導體在全球市場的份額甚至超過了美國。雖然這本書并沒有直接回答這個問題，但從書中所介紹的一系列FPGA與云計算、大數據、人工智能等前沿應用的深入融合例子，結合80年代美國和日本各自半導體產業的發展歷程，也許能給我們一些啟發。當時美日半導體產業的發展存在兩點主要的區別：

（1）技術出口側：美國的市場需求更旺盛、更前沿。雖然日本在80年代的半導體產業突飛猛進，但是大部分仍然是出口到美國，1980—1984年日本對美出口額增長了8倍。換而言之，日本并沒有直接感知到最前沿的需求。

（2）技術供應側：美國的研發投入更具前瞻性，布局更合理。1984年Xilinx公司成立，得益于政府支持的MOSIS項目所發明的MPW技術以及推動的Fabless模式，也得益于政府支持的一系列CAD/EDA項目。相比較而言，日本的研發投入則更聚焦于對已有產品的改良，使得產品質量更高、價格更低、供貨更穩定，但缺少了開拓性。同期，美國還啟動了多個研究機構，如SRC、SEMATECH等，大力支持半導體領域的基礎研究與共性技術，培養大批高水平人才，為產業發展提供深厚的技術儲備與人才儲備。

誠然，中國錯過了20世紀80年代半導體發展的黃金期，導致半導體產業成為今天中國與發達國家差距最大的領域之一。但是，從這本書中我也看到新的機會：一方面，書中介紹的云計算、大數據、人工智能等新興應用在中國也發展得如火如荼，并產生了許多前沿需求，甚至有些已經催生了一些基于FPGA的達到國際先進水平的技術，例如深鑒科技的FPGA人工智能加速技術，阿里巴巴的彈性裸金屬服務器神龍架構，我們團隊研制的芯片敏捷設計SERVE云平臺，等等。另一方面，中國對半導體領域的重視程度前所未有，社會各界均在積極投入，不同的維度（市場、科研、資本、知識產權、教育等），不同的環節（應用、設計、制造、封測、裝備、材料等），不同的路線（引進消化、獨立自主、開源共享等）……相信只要堅持投入，在不久的將來一定能看到成效。

包云崗

中科院計算所研究員，副所長