FPGA芯片专利如何提升性能？哪些企业已掌握核心技术？

芽仔导读

YaZAI Digest

FPGA芯片在AI、5G和自动驾驶中至关重要，其性能提升依赖于专利技术创新。

核心专利包括硬件架构创新（如动态重组逻辑单元和三维堆叠储，提升计算效率并降低延迟）、算法协同优化（如量化压缩和稀疏计算，提高能效比）以及功耗延迟控制（如DVFS和时钟门控，实现节能）。

国内企业如紫光同创（AI推理）、安路科技（EDA工具）、高云半导体（车规级芯片）、复旦微电子（军工AI）和中科亿海微（时序性能专利）推动产业高端化发展。

智慧芽平台通过专利数据库支持企业追踪技术趋势，优化研发布局。

FPGA产业在创新和数据驱动下，将持续拓展应用场景，助力数字经济高质量发展。

在人工、5G通信、自动驾驶等新兴技术快速发展的背景下，FPGA（现场可编程门阵列）芯片凭借其灵活的可编程性和高效的并行计算能力，成为支撑边缘计算、实时推理等场景的关键硬件。而推动FPGA性能持续突破的核心动力，正是企业在专利技术上的创新。从硬件架构的重新设计到算法与硬件的协同优化，从功耗控制到时序性能提升，每一项专利技术的突破都在为FPGA的应用边界拓展提供可能。

FPGA芯片性能提升的核心专利技术

要理解FPGA如何通过专利技术提升性能，需从其核心技术方向入手。目前，内的专利创新主要集中在以下几个维度：

首先是硬件架构的创新。传统FPGA的逻辑单元布局相对固定，而动态重组逻辑单元技术通过专利设计，让逻辑单元能根据任务需求灵活调整，例如某专利提出的可配置计算单元阵列，能显著提升乘法累加等关键运算的效率。此外，混合精度计算架构的应用也值得关注——通过在高精度计算和低精度计算间动态切换，既能任务精度，又能减少对DSP（数字信号处理）资源的消耗，在图像分类等场景中效果显著。更值得一提的是三维堆叠储技术，通过将储单元垂直堆叠，大幅缩短数据访问路径，数据延迟可降低至传统方案的三分之一，这对实时性要求高的应用至关重要[1]。

其次是算法与硬件的协同优化。FPGA的优势不仅在于硬件本身，更在于其能与算法深度配合。例如，量化压缩技术通过将浮点运算转换为定点运算，在保持模型精度的前提下，可减少大量储需求；稀疏计算加速技术则针对数据中的零值进行跳过，避免无效计算，提升卷积运算的能效比。此外，动态模型分割专利技术能让FPGA在不同任务模型间快速切换，资源利用率提升超四成，这对需要同时处理多任务的场景尤为重要[1]。

之后是功耗与延迟的精细化控制。动态电压频率调节（DVFS）技术可根据工作负载实时调整供电参数，典型场景下节能超两成；时钟门控与电源门控技术则通过关闭空闲模块的供电，将静态功耗控制在工艺极限附近。而在延迟控制上，数据流架构优化结合流水线重组技术，能在自然语言处理等任务中实现端到端延迟缩减过半[1]。

国内掌握核心技术的FPGA企业

近年来，国内FPGA产业在政策支持与市场需求的双重推动下，涌现出一批掌握核心专利技术的企业。这些企业覆盖从芯片设计到应用落地的全链条，技术布局各有侧重：

• 紫光同创作为国产FPGA综合实力，其Titan系列覆盖40nm/28nm工艺，2025年推出的FinFET工艺Titan-3系列，逻辑单元达，重点布局AI推理与高速计算领域。
• 安路科技自研EDA工具链“Tang Dynasty”，产品覆盖工业控制、汽车电子等场景，28nm工艺已实现量产，FinFET工艺研发处于少有地位。
• 高云半导体车规级FPGA芯片，晨曦家族覆盖55nm/22nm工艺，在通信与汽车电子领域应用广泛。
• 复旦微电子聚焦军工、航天及AI场景，其国产亿门级FinFET FPGA与AI可重构芯片FPAI技术国内少有。
• 中科亿海微作为国家专精特新“小巨人”，掌握全正向设计技术，并拥有“增量式提高FPGA时序性能”的核心专利，在科研与高精度计算领域表现突出。

此外，成都华微、智多晶、遨格芯、京微齐力、易灵思等企业也在各自擅长的领域（如国防工程、工业控制、物联网等）形成了独特的技术优势，共同推动国内FPGA产业向高端化、多元化发展[3]。

智慧芽助力FPGA技术创新的关键价值

在FPGA技术快速迭代的背景下，企业要保持技术少有，离不开对专利动态的精确把握。智慧芽作为专业的专利信息服务平台，通过覆盖196.4M专利数据、1.5B法律信息数据及202.7M文献期刊数据的强大数据库，为企业提供从基础著录项、引证信息到专利摘要、全文翻译的全维度数据支持。

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从硬件架构的突破到算法协同的优化，从企业的技术积累到专利信息的高效利用，FPGA产业的每一步发展都离不新与数据的双重驱动。随着国内企业在核心专利上的持续突破，以及像智慧芽这样的专业服务平台为技术创新提供更精确的信息支持，FPGA芯片必将在更多场景中释放潜力，为我国数字经济的高质量发展注入新动能。