推荐序2

第一眼看到石侃博士这本《详解FPGA：人工智能时代的驱动引擎》时，一下子勾起了我的回忆。回想起来，我大约是在2005年第一次接触FPGA，从此为我打开了一扇通往硬件世界的大门。

我的博士工作便是研制了一套基于FPGA的内存总线监测设备HMTT。它支持软硬件协同，可以算是一款颇具特色的自研设备，撰写的相关论文也被2008年系统评测领域国际顶级会议SIGMETEICS接收，这可能是该会1973年举办以来接收的中国大陆第一篇论文。

虽然已经是15年前的工作，但现在对HMTT的一些技术细节依然是如数家珍：硬件部分是一块自制的带有FPGA的PCB，直接插在DDR内存槽上，而内存条则插在PCB上。内存总线上的信号被分为两路，一路送往内存条去读写数据，另一路则被送到FPGA进行处理，实时还原为包含物理地址的读写命令，然后通过以太网发送到一个磁盘阵列存下来。

软件部分设计了一种同步机制，能让FPGA识别软件操作（如操作系统页表更新、函数调用等），从而将物理地址和软件操作关联起来，例如通过和页表关联就能将物理地址还原为进程的虚拟地址。

如今，HMTT已经发展到第四代，从早期支持DDR-200到现在已能支持DDR4-2600，伴随的是所使用的FPGA也从Xilinx的Virtex-4/5发展到Kintex UltraScale XCKU035。研制HMTT成功之后的十多年，我们团队的每一项科研工作都没离开过FPGA。

有时会想，为什么会出现FPGA这样的技术？为什么这类硬科技大多先在美国诞生？中国未来又有什么新机会？翻阅着石侃博士的这本关于FPGA的大作，读着书中一个个与FPGA深度融合的前沿技术及其背后的人和故事，启发我对这几个问题更深入的思考。

石侃博士在书中把FPGA的诞生称为“历史的必然”。20世纪80年代，2/3的芯片项目由于需求变化、设计漏洞、流片失败等种种原因而赔钱，只有1/3的芯片设计能实际投入生产。因此业界急需一种技术能在流片前充分测试与验证，从而降低流片失败率。于是FPGA应运而生！1984年，Xilinx推出了世界上第一款FPGA XC2064，只有64个可编程逻辑单元，800个晶体管。35年后的2019年，英特尔推出了当时世界上最大的FPGA—Stratix10 GX 10M，1020万个可编程逻辑单元，433亿个晶体管。如今FPGA已经发展成一个全球市场规模约60亿美元的产业，在整个芯片产业链中发挥着不可或缺的作用，甚至成为我国面临“卡脖子”的一类核心芯片。回顾一项项硬科技的发展历程，哪怕诞生之初再渺小，只要能真正解决市场需求，那么它的诞生就是一种“历史的必然”。

为什么FPGA先在美国诞生？而不是在日本或者欧洲？事实上，20世纪80年代初，日本的半导体产业如日中天，1986年日本半导体在全球市场的份额甚至超过了美国。虽然这本书并没有直接回答这个问题，但从书中所介绍的一系列FPGA与云计算、大数据、人工智能等前沿应用的深入融合例子，结合80年代美国和日本各自半导体产业的发展历程，也许能给我们一些启发。当时美日半导体产业的发展存在两点主要的区别：

（1）技术出口侧：美国的市场需求更旺盛、更前沿。虽然日本在80年代的半导体产业突飞猛进，但是大部分仍然是出口到美国，1980—1984年日本对美出口额增长了8倍。换而言之，日本并没有直接感知到最前沿的需求。

（2）技术供应侧：美国的研发投入更具前瞻性，布局更合理。1984年Xilinx公司成立，得益于政府支持的MOSIS项目所发明的MPW技术以及推动的Fabless模式，也得益于政府支持的一系列CAD/EDA项目。相比较而言，日本的研发投入则更聚焦于对已有产品的改良，使得产品质量更高、价格更低、供货更稳定，但缺少了开拓性。同期，美国还启动了多个研究机构，如SRC、SEMATECH等，大力支持半导体领域的基础研究与共性技术，培养大批高水平人才，为产业发展提供深厚的技术储备与人才储备。

诚然，中国错过了20世纪80年代半导体发展的黄金期，导致半导体产业成为今天中国与发达国家差距最大的领域之一。但是，从这本书中我也看到新的机会：一方面，书中介绍的云计算、大数据、人工智能等新兴应用在中国也发展得如火如荼，并产生了许多前沿需求，甚至有些已经催生了一些基于FPGA的达到国际先进水平的技术，例如深鉴科技的FPGA人工智能加速技术，阿里巴巴的弹性裸金属服务器神龙架构，我们团队研制的芯片敏捷设计SERVE云平台，等等。另一方面，中国对半导体领域的重视程度前所未有，社会各界均在积极投入，不同的维度（市场、科研、资本、知识产权、教育等），不同的环节（应用、设计、制造、封测、装备、材料等），不同的路线（引进消化、独立自主、开源共享等）……相信只要坚持投入，在不久的将来一定能看到成效。

包云岗

中科院计算所研究员，副所长