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垄断格局下,国产FPGA 迈入野花盛开的时代

来源: 2020/2/10 浏览量:151 关键词: 国产fpga fpga芯片 IC

面对国际FPGA市场被几大寡头垄断的现状,国产FPGA力量正快速崛起以努力打破既有格局,一些国产FPGA厂商也崭露头角。伴随着IC国产化替代热潮,整体国产FPGA产业步入野花盛开的时代。


多方布局 野花盛开

虽然国外FPGA巨头占据FPGA的“C位”,但国内厂商经过多年洗礼之后,也开始显现后劲。

从全球FPGA市场来看,国内FPGA市场规模将达120亿元,是全球最主要的市场之一。国内FPGA厂商由于具有贴近国内客户、快速响应客户需求、提供更全面优质的服务等优势,在产品工艺品质的加持与芯片国产化浪潮的推动下,也逐渐开始进入全新赛程。

目前,国内已诞生了以紫光同创、上海安路、京微齐力、高云半导体、西安智多晶和上海复旦微等为代表的数家国内FPGA军团,并在技术、应用领域、生态建立等方面均取得了定点突围。

京微齐力CEO王海力表示,在技术层面,国内玩家在包括架构、硬件乃至EDA软件方面都获得一定突破。在生态建设方面也都相继拥有了自己的技术储备。同时,国产FPGA厂商逐渐开始加强国内高校合作,在芯片生产测试相关环节上,也绑定了国内封测厂商。而在应用领域,目前国产FPGA厂商在控制类、工业控制类、显示类等业务领域都取得新的成绩。

可以说,整体突破是全线布局的战果。安路科技副总经理陈利光博士在ICCAD 2019也曾表示,如今国内FPGA技术已突破千万门级,中小容量器件可替代大部分进口器件,国产FPGA进入主流通信等行业,在产品研发体系、质量交付、可靠性等方面大幅提升,而大量用户使用也在推动FPGA软件的升级迭代。

特别是从产品来看,紫光同创继已开发出国内唯一一款自主产权千万门级高性能 FPGA PGT180H后,28nm工艺自主产权FPGA即将推向市场;安路的FPGA从55/40nm进入主流28nm工艺平台,28nm器件将在2020年批量供应等等,都在昭示着国内FPGA的跃进。

在经历了从细分市场与边缘市场切入的生存探索阶段,我国FPGA已进入发展跟随的阶段,并打入通信、安防等核心市场,进入快速增长期。由于产品性能、工艺实现了大幅提升,在达到国际先进质量水准之后,国产FPGA的市场突破水到渠成。

国产大潮 难掩差距

尽管取得一定突破,但仍要清醒地意识到,FPGA是一个技术壁垒高的行业。由于FPGA是可编程逻辑器件,因此需要配套软件将用户设计烧录到芯片上才能实现相应功能,这意味着开发需要软硬协同,进入FPGA的行业门槛大幅提高。

技术难度高导致全球FPGA市场被少数公司垄断,2018年全球FPGA市场规模约60亿美元,Xilinx占比为49%,Intel(收购Altera)占比为32%,Lattice与Microsemi分别占据了全球市场的6%。而据统计,国产FPGA估计只占据全球市场2~3%的份额。

尽管硬件自主可控进程难以阻挡,然而不可否认的是,无论是工艺节点、软件还是专利,国产FPGA与国外巨头的差距仍然不小。由于国外企业起步较早,在技术和专利方面构建了壁垒,进一步加剧了国产厂商追击的难度。

在工艺制程上,国产厂商目前达到28nm,但国际厂商已达7nm,性能和容量差距也很大,明年国产FPGA公司会交出不少28nm芯片,但从样品到大规模量产仍需要几年时间,而赛灵思早在2012年就实现了28nm的量产。因此在工艺节点上,目前国产厂商落后了国外7~8年,差2~3代。

在架构和软件方面,目前国产FPGA主要解决FPGA本身逻辑容量和性能问题,而赛灵思已在全力打造全可编程生态,涵盖软件、硬件、加速器等多种形态,全力布局数据中心加速业务。

显然,国内FPGA厂商面临的考验依然巨大。紫光同创市场总监吕喆对此表示,目前国产FPGA需要努力攻克的任务在于丰富补齐产品系列型号、提升产品易用性、建立并改善生态。在后续要经历的“从好到强”阶段,国产FPGA主要需要突破亿门级高端FPGA和多核异构智能架构系统集成平台的研制及产业化难题。

积蓄力量 待时而进

路在脚下。当前的差距其实也意味着未来的发展机会和空间,随着5G、人工智能、物联网、数据中心、智能驾驶等新兴产业的兴起,灵活可编程的FPGA正成为未来异构计算时代的一大核心器件,行业的变革也在快速发生,来自多方面不同的市场需求国外巨头难以全面覆盖,差异创新的空间为新进者留下诸多机会。

从市场空间来看,据预测到2025年,全球FPGA市场规模将达125亿美元,年复合增长率约为8%,超过了半导体行业增长的平均值,前景广阔。

相应地,5G+AIoT等新兴应用的发展,对FPGA性能、功能及复杂性等都提出了更高的要求。

吕喆认为,FPGA发展来看,高性能、高带宽、高集成度的高端FPGA和“CPU/GPU+FPGA+专用加速引擎”的多核异构SOPC将成为两大重要趋势。对于国内FPGA企业而言,紧迫任务是在满足存量传统FPGA市场需求的基础上,提升产品性能、稳定性及易用性等,不断地加快产品迭代速度,同时深耕细分市场对高端FPGA、多核异构器件和加速器的需求,结合市场需求,有针对性地定制相应产品,只有这样才能逐步缩小差距,加快产品创新速度。

而在应用层面的拓展也是“必修课”。据统计,国产FPGA应用最为广泛的是通信行业,占比为35%,其次依次为工业、军工航天、数据中心、汽车电子、消费电子等。伴随着5G浪潮,未来在通信市场也将迎来新的增长。

如安路科技副总经理陈利光博士所言,2020年是5G普及元年,5G通信设备正在快速发展,收发通道带来大量信号并行处理需求,其中数字前端信号处理、接口转换、传输网和骨干网以及中小基站等都是FPGA不可替代的应用场景,从小容量接口CPLD到大容量核心FPGA器件都有广泛的应用需求。

多路并进之后,还需着力提升“内功”。陈利光博士表示,FPGA作为一大生态系统,从0到1阶段商业逻辑比较简单,那就是走替换路线。未来要继续做大做强,从1到100,在产品方面就要超越,性能功能要更加贴近用户需求,做到快速响应,同时从产品定义、技术研发、生态建设、支持等各个方面都需要上一个台阶才能实现。

而夯实国产FPGA基础,除却企业自身努力以外,也需要多方合力。王海力提出建议,国产厂商可以从质量与创新角度去弥补利润损失,政府的一些政策也可以考虑到鼓励顾客单位使用,国产厂商也可以考虑对共性问题进行联合攻关,从多维度、多角度来支持国产FPGA的发展。

吕喆则提议,国内FPGA企业向高端市场拓展过程中,将面临更加大的技术挑战和生存风险。希望国家在政策、人才及资金等方面,进一步加大对国产FPGA领域的支持力度。在国家未来十年规划中,建议国家将FPGA作为重点产业支持,统一部署,重点支持1~2家国产FPGA厂商发展,重点扶持、重点突破。

FPGA和高端CPU、射频芯片等一样是国内“卡脖子”的芯片,在过去十多年间, IBM、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星等多家公司曾试图涉足该领域却纷纷折戟沉沙,足见其高壁垒高门槛。如今,国内FPGA厂商选择了集体冲锋,面对前所未有的机遇和挑战,能否在这一条荆棘之路上迎来最终的“怒放”呢?


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