什么是FPGA工程师的核心竞争力

发表于： 2020年7月20日 2020年7月21日
分类：是说芯语

这个问题是老石在知乎上看到的，大家的回答都是“调板子”、“debug”、“硬件实现”等等。作为FPGA工程师，老石看了实在要报以一个礼貌的微笑。

换个角度看，难道其他硬件工程师就不具备调板子、debug、硬件实现的能力了？或者，为什么说这些是专属于FPGA工程师的核心竞争力？

老石认为，这个问题其实可以引申为以下两点：

1.什么是只有FPGA工程师能做的

2.作为FPGA工程师，我们应该如何培养这些能力

接下来就是老石的解答。

什么是只有FPGA工程师能做到的

对于上面提到的一些回答，的确是FPGA工程师不可或缺的能力，但老石总觉得没有说清楚这个问题的本质。

首先给出老石的回答：FPGA工程师最核心的就是全栈能力。

这里的全栈，指的是系统级的软硬件全栈能力。它既包括了在系统层面的架构设计、芯片开发的前后端流程，也包括了软件设计的全栈流程，甚至还有后期的项目维护、技术支持、与客户的沟通等等软技能。它可以看成是综合多种技能的技能树。

老石随手写了一下FPGA工程师的全栈技能树，见下图，尽管很不完整，但仍可供大家参考。之前很多人提到的，诸如调试与分析的能力，其实是这个全栈技能树里的一片树叶，或一个分支。

只有FPGA工程师能做到一人成团，在短时间内将想法落实到高质量的软硬件系统实现。这是其他系统架构师、ASIC工程师、单片机工程师、软件工程师等等都无法单独完成的。与这些工程师相比，FPGA工程师有着很强的单兵作战能力。当然，技能树过于庞大也是为什么很多人认为FPGA难学的本质原因。

有人会问，为什么其他类型的工程师没有这种全栈能力，或者换句话说，为什么只有FPGA工程师才能做到全栈？这和FPGA本身的特点有关。

在下图中，老石对比了FPGA与ASIC、CPU（或单片机）的特点与主要开发方式和风格。

对于传统的IC工程师而言，他们的具体职责可以大致分成前端和后端两部分。前端主要负责逻辑实现，后端负责芯片物理实现。两路人马通常有各自的技能树，需要互相配合才能完成产品级的芯片，这个过程往往很久，而且伴随着巨大的前期投入和风险。

对于单片机或CPU工程师而言，更多的是基于给定的单片机架构和API，使用诸如C或C++的高层语言编写应用程序。如果要写出高质量的应用，固然需要了解目标芯片的硬件结构，但并不需要对硬件的逻辑实现有过多了解。虽然基于CPU或MCU可以灵活实现各种应用，但由于架构限制，在很多诸如人工智能的应用领域里并不能达到很好的性能。

FPGA很大程度上结合了两者的优点。在硬件方面，FPGA底层架构固定，因此不需要做太多芯片后端的工作，但仍需要FPGA工程师掌握时序优化、面积优化、功耗优化等后端技能。因此一个优秀的FPGA工程师凭借自身的前后端与软硬件技能，就可以完成一个完整的而且质量比较高的FPGA项目。

软件方面，FPGA可以灵活定义API与软件架构，并可以通过内置的处理器内核完成软硬件协同开发，这样也能兼顾应用的灵活性。因此，一个优秀的FPGA工程师通常也具有优秀的软件编程能力。

在系统层面，FPGA工程师可以自定义软硬件整体架构，不会像CPU或单片机一样存在明显的架构瓶颈，也不会像ASIC一样需要考虑过多底层电路单元以及工艺的具体实现。

综上，只有FPGA工程师能拥有软硬件系统的全栈能力，这也是FPGA工程师的核心竞争力。并且，这种能力可以在工程实践中不断自我丰富和提升。这使得优秀的FPGA工程师不需要太过依赖其他人，能够自己或少量人很快完成完整的系统级方案。

现在很多AI初创公司选择使用FPGA作为硬件平台的主要原因之一，就是看中FPGA工程师的全栈能力，使得公司能在较少投入的情况下，取得性能、灵活性、可扩展性等多个方面的良好平衡。

全栈能力是FPGA工程师需要的完整技能树。至于很多答友提到的调试和debug能力，更多的是在回答这个技能树的技能点分配问题。这就是老石要讲的第二个方面：

作为FPGA工程师，

我们应该如何培养这些能力

相信很多人会问，老石你说的这种全栈能力，究竟是不是在画大饼吹牛逼？在实际生活中，到底是不是真的有人能全部精通技能树中的所有分支？老石的答案是，虽然很少，但确实有这样的大牛，而且老石有幸和他在一个团队里工作。

一般来说，如果一个FPGA工程师能在这个FPGA技能栈里精通某一项，就可以成为这个领域的大牛和权威。比如，像很多人提到的，如果你特别会调板子，硬件调试能力很强，那你就可以很好的负责项目中的硬件测试环节。再比如，你RTL写的很好，或者验证很强，或者对系统架构有很深的理解，你都能在项目里成为不可或缺的人。

但是，在老石所在团队里就有一位带头大哥，可以从系统架构、模块设计、验证、系统整合、FPGA后端优化、硬件测试、软件开发和调试等等全部环节一个人搞定，可以说是点满了技能树上所有的技能点。

这样的人就像阿里的多隆，一个人可以顶一支团队，公司缺他不可。因此如果一个FPGA工程师能够获取软硬件的全栈能力，将是团队乃至全公司的最主要竞争能力。