提起人工智能，首先在你的脑海中浮现的是什么？是不是和我一样，第一反应就是2016年AlphaGo大战韩国棋王李世石的画面。

但其实，人工智能并不是近几年才有的新概念，它实际诞生于20世纪50年代。而人工智能在这60年间的发展可谓是起起落落，跌跌撞撞。先后经历了 Pre-AI 时代、黄金时代、第一次低谷、第二次繁荣、第二次低谷，而我们目前正处于第三次浪潮之中。

▲图1 人工智能发展历史

什么是人工智能

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它力图生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

目前AI产业的投资主要集中在北美和西欧，数量比较多，其次为中国、印度和以色列等国家。

2015年全球新增AI企业数量800家左右，该产业的投资总额为16万亿美元。

从2012年开始，全球对于AI的投资频次明显增加，投资金额也逐年增加，一直到2015年2季度，投资频次和投资金额均达到最大值，2015年2季度之后，投资频次出现下滑，投资金额降低。

2015年世界AI投资金额为近60亿美元，2016年上半年投资金额为39.17亿美元。

▲图2 全球人工智能投资情况

2013年1季度-2015年3季度，中国AI的投资频次呈现上升趋势，而投资金额波动较大，在2015年2季度的投资金额达到最高，为3.69亿美金。

在2015年4季度投资频次出现最低点，而在2015年4季度后，投资频次明显上升，但平均每次交易额并没有上升。

▲图3 中国人工智能投资情况

中国AI产业未来市场广阔，2014年-2016年中国AI产业规模和增长率均呈现上升趋势，其中：2016年中国AI产业规模突破100亿元，60%分布在语音识别，12.5%分布在视觉识别，增长率达到了43.3%，预计到2019年产业规模增长至344.3亿元。

▲图4 中国人工智能产业规模情况

当前人工智能主要致力于利用大数据训练机器，从而使得机器能够看懂图像、听懂语言，实现人机交互，最终辅助人类进行决策。而支撑人工智能实现这一目的主要基础要素包括以下三点：数据、算法以及计算能力。

随着互联网用户的快速增长，数据体量的急剧膨胀，数据中心对计算的需求也在迅猛上涨。诸如深度学习在线预测、直播中的视频转码、图片压缩解压以及HTTPS加密等各类应用对计算的需求已远远超出了传统CPU处理器的能力所及。

除此之外，未来在激光雷达、无人机、无人驾驶、智能机器人等终端设备方面对计算能力也会有极大的提升，因此作为人工智能的底层计算能力（芯片）存在着大机会。目前实现人工智能的硬件芯片主要有GPU、FPGA以及ASIC。

其中，FPGA是可重新编程的硅芯片，在信号处理和控制应用中，它已经取代了自定制专用集成电路（ASIC）和处理器。

▲图5 人工智能基础架构

人工智能与FPGA（嵌入式硬件）的关系到底是怎样的呢？

由于嵌入式所具备的便捷、低成本、易维护以及开发周期短和速度快的特点，必将成为人工智能的主要发展方向。

目前主流的人工智能框架如caffe、caffe2、tensorflow等都是在PC或者服务器上搭建的，神经网络的算法基本都需要使用GPU，对于某些特定的场景，比如车载环境，某些军事应用场景，以及未来可能实现的可穿戴场景，我们不可能到处都配置上一台PC机，一来是因为PC成本高，二来是PC可移动性太差，相比之下，一块FPGA的开发板加上必要的外设，就显得相当有优势。

除此之外，由于FPGA所具备的高能效，使得FPGA更适合应用在大型场景中，例如服务器。一些科技巨头公司已经开始在云中部署FPGA了，例如，去年底亚马逊已经与Xilinx展开了FPGA云计算的合作，百度和阿里巴巴也选择了Xilinx FPGA产品应用到它们的云服务中。

▲图6 全球７大超级数据中心的FPGA使用情况

在全球市场中，赛灵思、阿尔特拉（被英特尔收购）两大公司对FPGA的技术与市场占据绝对垄断的态势，且增长幅度大于许多其他芯片市场。纵观近几年的销售额，目前赛灵思、阿尔特拉仍稳居行业的第一和第二的位置，合计约占整个FPGA市场90%的份额。FPGA剩余约10%的份额大部分被处在第二梯队的莱迪思、美高森美两家占据。其他公司及国内公司因专利和技术的封锁发展较为缓慢，市场占比均可忽略。

▲图7 2015-2016年国外公司FPGA销售额及市场份额（亿美元）

目前中国IC厂商在FPGA这个细分领域和国外巨头相差较远。数据显示，中国FPGA市场国产化率非常低，政府部门国产应用率不足30%，还有很大提升空间，商用市场国产化率就更低，形势不容乐观。

由于全球绝大部分FPGA专业人才集中在前几家龙头厂商，其它厂商人才匮乏，再加上FPGA开发需要最先进的制造封测工艺、软件开发难度大、IP多且杂，需要大量应用才能支撑市场，因此中国目前的发展存在严重滞后的问题。

当然，这也是国内厂商的发展机会。

从信息、产业和国防安全等方面考虑，中国不仅需要自主FPGA，而且还需要将其快速国产化。在AI、IoT、5G快速发展和即将商用的情况下，预计将带来庞大的FPGA增量市场，而这也是国内厂商快速切入的时机。

以下是国内企业的一些发展状况。

▲图8 FPGA领域国内企业状况

下面以“(TI=(FPGA OR 现场可编程门阵列 OR 可编程器件 OR "Field Programmable Gate Array")) OR (IPC=(H03K19/173 or H03K19/177)) AND PD=[20000101 to 20181231]”为检索式，根据incopat专利数据库中的数据分析目前FPGA的发展状况。

▲图9 2000年－2018年专利申请趋势情况

由图9可知，2000-2016年专利申请总量波动较小，基本保持稳定，之后专利申请下降态势，出现下降的原因可能是2016年之后有很多专利还处于未公开状态。

▲图10 FPGA领域重点申请人排名情况

由图10可知，FPGA排名前三的申请人分别为赛灵思（XILINX）、阿尔特拉（Altera）以及鲍尔德西（Actel），且该申请人均来自美国。说明FPGA技术目前已被国外巨头垄断，技术准入门槛较高。

▲图11 FPGA领域专利布局情况

由图11可以得知，FPGA的主要布局国家为：美国、日本、中国、世界知识产权组织（WIPO）、以及欧洲专利局。其中，美国的布局数量位于全球第一，涉及1875件专利；日本位于第二，涉及525件专利。因此，对于FPGA的重点可以关注美国和日本的专利。

不管是从市场角度还是专利角度，FPGA技术几乎都被外国企业垄断，其中，最大的企业巨头是美国的赛灵思公司，中国企业要想在该领域有所发展，必须沉淀下来扎实做技术突破才能有所成就。

FPGA在短短二十多年中从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心。伴随半导体工艺技术的进步，FPGA器件的设计技术取得了飞跃发展及突破。Allied Market Research预估，FPGA将成为AI芯片中增长最快的细分市场，甚至超过了NVIDIA等公司的显卡产品。

预计未来5年，随着产量增加，成本进一步降低，FPGA市场份额将会持续增大，FPGA成为未来之芯将指日可待。

本文作者：田云