聊聊：比特币矿机·FPGA·还有……
股市终于涨了，可是账户里只有万把块钱，这是要踏空的节奏啊；看好比特币那时，没敢买，后来涨上了天；可现在又打回了原型。后悔归后悔！不管比特币是涨是跌，也不管各国政府态度咋样，在技术层面，挖矿机的关键IC——可编程的“万能芯片”FPGA（现场可编程门阵列）的功劳不得小觑。
从CPU到FPGA
比特币与大多数货币不同，不靠央行发行，它是用大量特定算法算出来的，使用整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有交易行为，并使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。这就决定了它需要具有超级计算能力的电脑——挖矿机。一开始，这类电脑一般有专业挖矿芯片，如非常耗电的CPU或GPU这种低成本硬件。
随着比特币的流行，挖矿的过程出现较大变化。如今，挖矿活动已转移到FPGA上来，通过优化可以实现更高的速度和效率。以前的老机器100天才能挖到1个比特币，如今100天就能挖到3个多。
由于FPGA可以通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能，已成为挖矿机乃至今后高端电子装备不可或缺的一个核心器件。
都离不开数据计算
2019年，5G、人工智能、超级计算和大数据等新一代信息技术将出现新的发展机遇。但是，时至今日，摩尔定律走势正在放缓，处理器性能的提升已越来越困难。
高效数据加速架构的相同要求是高性能、低功耗、可编程硬件加速器，主要用在计算、数据传输和存储带宽，目标是实现每瓦特最高性能和性价比。其目标市场及其需求包括以下几个方面：
计算加速
典型应用包括人工智能/机器学习（AI/ML）应用、安全性、压缩/解压、基因组学、实时视频转码、区块链，要求最高性能、低功耗、低成本；
边缘计算
典型应用有IoT网关聚合与协议汇聚、高带宽传感器的数据提取、基于人工智能的目标检测、基于人工智能的异常检测，要求最小功率计算；
计算存储
典型应用有压缩/解压、非结构化数据匹配、数据库加速、重复删除，要求接近存储的低功耗和低成本计算；
5G基础设施
典型应用是适应变化的前传协议标准、基带和分裂L1加速、基于人工智能的波束成型、放大器预失真、移动边缘计算，要求低功耗高性能的可编程硬件；
网络加速/智能网络
典型应用有可编程分组处理、加密/解密、压缩/解压、网络遥测、网络函数虚拟化加速，要求用于CPU卸载的高线速加速器；
自主驾驶
典型应用是AI/ML、传感器融合、安全性，要求低功耗和低成本的硬件加速器。
为什么是FPGA？
由于FPGA具有时延小、灵活性高等特点，广泛应用于5G通信、物联网、工业互联网、汽车电子、人工智能和数据中心等新兴市场。到2021年全球FPGA市场总规模预计将达到81亿美元，年复合增长率将超过8.5%。
以AI/ML应用为例，它需要一种适用于各种适应这个可编程世界的可编程硬件加速手段。可以做到可编程硬件加速的选项包括CPU、GPU、FPGA和ASIC。人工智能计算、5G等为什么既不用CPU，也不用ASIC，而要用FPGA呢？理由是CPU灵活性还可以，但是效率比较低；GPU主要用于加快图形处理速度；ASIC针对性强，有特定功能，效率也高，但是灵活性不足，显而易见，剩下的只有FPGA了。它可以兼顾AI/ML应用的灵活性和效率，下图显示了FPGA的一些优势。
传统的多核CPU和SoC无法在没有辅助的情况下独立满足这些要求，因而它们需要硬件加速器，通常是可重新编程的硬件加速器，用来预处理和卸载计算，以便提高系统的整体计算性能，解决带宽爆炸问题。
但是，FPGA有一个不小的缺憾，它是大型逻辑门阵列，也就是大规模可编程芯片，软件开发难度大，IP多且杂，需要最先进的制造封测工艺，大量应用才能支撑市场，再有就是成本比较高。行业技术壁垒较高导致了FPGA市场几家独大的格局。目前全球主要FPGA 公司有Xilinx、Altera（已被收购）、Lattice、Microsemi（已被收购）等几家，其中，Xilinx 与Altera占有近90%的市场份额，专利达到6000余项之多，前者市场份额竟高达56%，是真正的龙头。
让ASIC死去活来
FPGA市场垄断看似一潭死水，到也未必。像Achronix这样有技术积累的一些厂商就在独辟蹊径，寻求打破垄断的路子。它研发了一种eFPGA，e者，嵌入式也。新出现的eFPGA一个或多个FPGA以IP的形式嵌入ASIC、ASSP或SoC等芯片中，是一种数字可重构结构，由可编程互连中的可编程逻辑组成，通常表现为矩形阵列，数据输入和输出位于边缘周围。它把流片后无法更改的“死”ASIC变活，具备了可编程性，来满足客户灵活提供各种特定功能，同时降低使用FPGA成本的需求。
