FPGA：逐步切入AI服务器.pdf

报告摘要

⚫ FPGA 内部主要分为输入/输出要素、可编程逻辑要素和可编程布线要素三部分组成，逻辑块：基本要素包括查找表，其本质是静态随机存储器，其逻辑容量大小由输入端的信号数量所决定。除查找表外，逻辑块还包括实现时序电路的触发器和数据选择器等，逻辑块的核心是逻辑元件。输入输出块：连接I/O 引脚和内部布线要素，完成芯片与外部电路连接的功能，同时进行输入输出的信号驱动和匹配。布线要素：包括开关块、连接块和布线块，作用是将不同的逻辑块连接起来，形成所需要的功能。布线要素中的开关块可以进行编程配置，可实现任意的布线通路。

⚫ 高度灵活性和低时延是FPGA 的主要优势。与ASIC 相比，FPGA 具备更高灵活性，比如在下游算法更新或协议升级时，无需重新设计硬件，仅更新配置文件即可。在通信协议频繁升级、AI 算法快速演进的训练，这种灵活的优势凸显，AI 大模型推理框架每个月都会发生重大演进，均对基础硬件的计算模式提出了新的要求； FPGA 在不更换硬件的前提下通过逻辑重配装备新算子，将硬件生命周期从单一模型代际延展至跨代复用。灵活性在传统领域的主要应用场景通信基站，后续在AI 方面有望加速切入。与CPU/GPU 相比，FPGA 时延会更低。主要有三个原因，第一是算法直译硬件，FPGA 通过可编程逻辑单元将算法直接映射为硬件电路，省去了 CPU/GPU 需要执行的指令解析和调度步骤。第二是数据流驱动，计算单元按数据到达顺序直接处理，无需频繁访问内存或等待全局同步。第三是并行运算，FPGA 内部包含大量可同时工作的逻辑单元，支持任务级和流水线级并行。

⚫ FPGA 在AI 服务器中形成控制、互联、计算等应用，单服务器价值量逐步提升。控制，CPLD/FPGA 负责系统管理与电源顺序控制，机柜功耗逐步提升，GPU、 HBM、交换芯片、DPU 等多芯片的上电时序与过流保护要求严格要求， CPLD/FPGA 采用非易失性存储介质、上电即工作，可在完成秒内电源轨道保护响应。互联，以英伟达Groq3LPX 为例，需同时处理多种物理层接口与协议，FPGA 可在单芯片内部署多套协议栈并支持动态在线重配，Scale-Up 领域NVLink、 UALink、SUE、UB 等多协议并存格局持续强化FPGA 互联方案的地位。计算， AlteraAgilex 系列集成AITensorBlock 支持主流推理框架直接调用，微软项目已验证 FPGA 在数据中心推理场景实现吞吐提升，FPGA 在效能比、时延确定性与功能集成度三个维度具备优势，随大模型推理需求增长，FPGA 在AI 服务器渗透路径有望从控制与互联向计算迭代。投资建议与投资标的相关标的为在FPGA领域目前产品矩阵完善，同时在新品迭代较快的复旦微电(688385，买入)、安路科技(688107，未评级)、紫光国微(002049，增持)、成都华微(688709，未评级)