导语

全球 FPGA 交付周期都从 8 周飙至 52 周甚至更久？高端器件一芯难求，传统设计方法正在让项目陷入被动。是时候把供应链可用性当作工程参数，重新规划您的器件选型和供应策略~

本文提供五大思路，助您在供货紧张的常态下，依然保持项目推进节奏。

缺货现实：什么造成了缺货？

一场技术资源争夺战正在上演。追求更大、更优、更快的 AI 竞赛需要越来越多的计算能力。麦肯锡预测，为了跟上 AI 发展步伐，到 2030 年，全球用于支撑 AI 的数据中心支出将达到 6.7 万亿美元。这一数字超过了全球第三大经济体德国的 GDP。

此外，根据国际能源署（IEA）的数据，全球数据中心年用电量将从 2024 年的 460 太瓦时升至 2030 年的 1000 太瓦时以上，足够为整个日本供电。

问题是，这笔支出中有很大一部分流向了支撑 AI 实现的硬件：先进工艺半导体、高带宽内存（HBM）、定制 AI 加速器以及先进封装技术。这些硬件同样被用于 FPGA、手机、笔记本电脑、GPU 和汽车电子设备中。

我们已经能看到这一趋势带来的连锁反应。到 2026 年，数据中心预计将消耗 70% 的量产存储芯片，而 2022 年这一占比仅为 30% 左右。美光、SK 海力士、三星等企业已将产能从面向消费市场的 DRAM 转向利润更高的 HBM，以满足需求。为此，高德纳预测 PC 价格将上涨 17%，智能手机价格将上涨 13%。这种情况甚至有了一个专门的新词："内存末日（RAMpocalypse）"

FPGA 领域也未能幸免。由于代工厂优先生产先进工艺芯片，高端 FPGA 器件的排期被延后。

与此同时，传统和主流 FPGA 仍依赖成熟工艺晶圆，而这些工艺的产能扩张已停滞多年，代工厂正将剩余产能重新分配给利润更高的 AI 服务器电源管理芯片。结果就是，几乎所有品类的 FPGA 交付周期都从约 8 周延长到了 52 周甚至更久。

还有一个让人啼笑皆非的点：对先进工艺半导体的需求攀升导致 FPGA 短缺，而测试半导体所需的设备恰恰需要用到 FPGA，这反过来又限制了半导体的供应。

因结构性变化带来的长期缺货

这一切并非史无前例。2020 年初新冠疫情暴发时，我们就见过类似的状况。劳动力短缺、封控措施以及代工厂停产打乱了半导体和 FPGA 的供应链，成本和交付周期随之上升。航运延误和原材料短缺给整个生产流程带来问题，BoM 清单变成了猜谜游戏。2020 年末起云服务使用量激增，数据中心和电信行业买断了市面上可用的 FPGA 库存，其他行业只能捡剩下的少量货源。

但从很多方面来看，当下的情况又是全新的。这不是暂时的故障，而是面向新型计算模式的结构性转变，长期来看需要建设、配备和维护一整套全新的基础设施。

普华永道和麦肯锡一直在分析半导体市场的动向，二者的结论一致。普华永道《2026年及以后的半导体行业》报告与麦肯锡2026年1月《隐藏在明处》的分析都指出，计算和数据存储是增长最快的领域，而 AI 数据中心和服务器是这一增长的主要推动力。

普华永道预计，AI 加速器在数据中心芯片中的收入占比将快速增长，最终达到总规模的 50% 左右。全球半导体市场规模将从2024年的6270亿美元增长到2030年的1.03万亿美元。

麦肯锡的预测更为激进，估计总体增长的 62% 将来自主要服务于 AI 的先进制程芯片。预测半导体市场规模将从7750亿美元升至1.6万亿美元。

无论哪种预测，都表明增长已经到来，就在当下——且其对供应链的影响将在未来数年内持续存在。

不过，两家机构的预测都落后于实际形势。当前供需矛盾已经十分严峻，超大规模数据中心运营商正在争夺有限的半导体供应。世界半导体贸易统计组织（WSTS）在2026年春季预测中指出，2026年全球半导体市场规模将超过1.5万亿美元，2027年将达到约1.9万亿美元。

不过，这一增长很大程度上并非来自出货量的提升，而是源于价格暴涨，芯片厂商的收入实现了天文数字般的增长。美光和SK海力士的收入同比翻倍，三星的收入也跃升了约130%。

简而言之，市场并没有出货更多半导体，只是单价更高了，这足以说明供应有多紧张，需求有多强劲。

是时候制定Plan B了

反常状态突然变成了新常态。与疫情时期不同，当前全球芯片和 FPGA 短缺的状况并未消退，反而还在演变。AI 正在占用先进工艺产能，封装和测试产线排起长队，甚至 PCB 成本也在上涨。结果是什么？你想要的 FPGA 未必能买到，甚至整个器件系列都可能停产。

过去那种你可以选好一款器件、围绕它做优化、需要时再下单的假设可能已经不成立了。新常态带来了不确定性。对部分企业而言，灵活性不再是可选项，而是持续存在的设计挑战。这就要求我们重新思考 FPGA 设计的思路，从而准备好 Plan B——也就是当首选器件无法获得时，可以切换的备选方案。

1/ 考虑有“约束”的设计

很多 FPGA 工程师对某一款或某一系列 FPGA 有特别的偏好。可能是出于熟悉度，可能是因为它用起来更顺手，也可能只是"我们一直都是这么做的"。现在是时候改变策略了。在供应链不确定的情况下，约束型设计方法能提供更多选择。你可以仍然把偏好的 FPGA 作为目标，但要做好必要时切换的准备。

约束型设计考虑的是参数范围，而非特定器件。

它需要定义设计必须满足的时序、资源、I/O、功耗、散热以及延迟预算。任何满足这些参数范围的 FPGA 都能成为可行的备选。

要实现这一点，接口必须保持模块化且与技术无关，功耗、时钟和 PCB 拓扑的设计也要能适配参数范围内的各类器件。

当架构按照这种方式搭建时，切换器件不需要进行结构性更改，只需要调整器件相关的封装层即可。

这种方法还能拓展跨厂商、跨系列、跨等级、跨封装的备选方案，将单一器件依赖转化为一系列实用的替代选择。实际操作中，它可能把 52 周的交付等待变成 12 周的器件切换工作。虽然没法打包票，但确实能节省不少精力和时间。

2/ 面向可替代性设计

下一步是将 FPGA 替代视为工程流程的常规环节，而非紧急应对方案。系统在设计之初，就应考虑器件更换，使更换 FPGA 成为一种常规、可预期且影响范围可控的工程操作。目标并不是实现对所有 FPGA 的通用移植，而是建立受控的器件可替代性。

首先要从抽象接口入手。AXI、Avalon、Wishbone 等标准化总线保障了不受器件更换影响的稳定性。例如 RTL 设计可以围绕这些标准接口进行编写，而不是直接依赖某一器件的专属原语。参数化 RTL 可以避免硬编码厂商原语，让逻辑设计与已经定义的资源规模保持一致。与此同时，通过时钟和高速 I/O 抽象层，可以进一步降低设计对具体器件架构的依赖。模块化布局布线，则可以将不同功能模块隔离开来，方便后续更换器件。

采用这些设计方法后，器件替代就只需要调整器件专属的封装层，而非重构整个设计。迁移到不同的 FPGA 系列就只是一项普通工程任务，而不是耗时数月的重新设计。当然，这并不能保证 FPGA 替代一定能够轻松完成，但至少可以让替代过程更容易规划、更容易实施，也更容易控制风险。

3/ 预选多个FPGA系列

第三步是在项目启动前预选多个 FPGA 系列，消除单一器件依赖。

思路很简单：

确定一个主选器件、一个次选器件，甚至可能还有第三个备选，每个器件来自不同的厂商或系列，这样随时都能进行切换。

这意味着要安装并验证主选器件和备选器件对应的工具链。需要为每个系列搭建最小测试设计，确认综合、布局布线行为及时序收敛情况。硬件层面也可以做对应的准备，比如设计可适配模块化 SOM 的底板，或者为备选器件设计双引脚兼容的 PCB 布局。

有了这些基础工作，器件短缺就只是一次工程切换，一旦收到坏消息，很快就能导入预认证的备选方案。

4/ 降低FPGA资源压力

第四步是减少对高端 FPGA 的依赖，这类器件的短缺情况最为严重。过高的 DSP、SERDES 和 BRAM 需求会限制备选方案的选择，因此降低资源压力可以扩大可替代器件的范围。

一种方法是将 DSP 密集型工作负载转移到外部加速器或专用信号处理 IC 上。控制类逻辑通常也可以迁移到微控制器，释放 FPGA 内部的 LUT 和 BRAM 资源。

在可行的情况下，使用标准并行接口或 LVDS 接口而非高速 SERDES 通道，可以让 I/O 在不同厂商的器件间具有更高的可移植性。甚至将设计拆分到多个更小的器件上也会很有效，让系统可以采用货源更充足的器件系列，而非依赖单个大型器件。

通过降低资源占用，设计可以兼容更多 FPGA 系列和等级，增加备选方案，降低陷入无货可用困境的风险。

5/ 将采购纳入设计评审流程

如果采购环节是设计评审流程的一部分，那么器件可用性就会成为一项设计约束，而不是最后一刻的意外打击。在当前供应环境下，器件系列可能在一天之内就进入分配管控状态，工程决策不能再孤立地做出。采购视角必须成为技术工作流的组成部分。

每次评审都应包含对选定器件交付周期的核查。多厂商可用性评估有助于发现各厂商分配策略的差异，还应确认封装和等级选项，因为部分备选器件可能只在商业级温度范围内有库存。即便只是查询一下代理商的分配状态，也能避免选定一款最终无法到货的器件。

将可用性视为一项工程参数，能确保设计与供应现实保持一致，也让 B 计划在项目全程始终可行。

你的备选策略可能与本文概述的框架有所不同，但将可控的可替代性纳入工作流程，才是让项目在器件突然紧缺时仍能继续推进的关键。

*本文来自 FPGA Horizons Journal Issue 4，Why the chip shortage means FPGA designs need a Plan B（Matt Hilbert, Editor）ALINX 已获授权翻译。

写在最后：

缺货时代，选对供应商同样关键

以上五大策略帮助工程师和项目经理在器件层面构建抗风险能力，而在实际项目中，选对供应商本身就是最直接、最有效的 Plan B。

芯驿电子 ALINX 深耕 FPGA 行业十余年，作为国内头部的 FPGA 开发板与解决方案供应商，我们深知供应链稳定对项目节奏的决定性影响。面对当前持续紧张的 FPGA 供应格局，我们能为客户提供的核心保障包括：

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