如果沒有那么多錢去燒,沒有那么多優(yōu)秀的工程師,沒有和晶圓廠良好的關(guān)系,就不要去想把自己的產(chǎn)品定位到高端領(lǐng)域。很多細分市場上,國產(chǎn)FPGA還是有很多機會的,只要有足夠的實力,有非常好的市場定位,國產(chǎn)FPGA也是能夠自力更生的。
“和中國大多數(shù)集成電路設(shè)計公司一樣,我們(京微雅格)還十分弱小,一直在自主創(chuàng)新的道路上艱難跋涉?!比涨?,集成電路設(shè)計公司京微雅格經(jīng)營上遭遇困境在行業(yè)內(nèi)引發(fā)不小的震動,以上是該公司在公開信中對負面新聞的回應。
從媒體和京微雅格自身披露的信息中可以看出,京微雅格確實遭遇了不小的挫折,事態(tài)的發(fā)展還需要靜待觀察。
不過,對很多網(wǎng)友而言,也許根本就從未聽說過京微雅格這家公司,也從未聽聞過什么是FPGA。通過京微雅格事件,我們或許能夠認識到FPGA的國際競爭環(huán)境之惡劣和技術(shù)壁壘之嚴格,要取得國產(chǎn)化芯片的突破,道阻且長。
什么是FPGA
“FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列的英文縮寫,它是一種邏輯電路,也是進行信息處理所需的芯片類型之一。”中國科學院計算技術(shù)研究所研究員張佩珩向記者解釋說。
如果從信息處理視角來分類的話,所需的芯片大致可分為三類:CPU(中央處理器)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、ASIC(專用集成電路)。
“CPU是最通用的芯片,大家也最熟悉?!睆埮彗裾f。CPU作為通用計算機的處理核心,它具備處理各式各樣指令要求的能力,并且是在存儲于外部存儲器中 的程序的控制下運行的,因此,對于信息處理而言,CPU最靈活也最通用,但如果只是用來處理某類固定的算法,CPU的性價比和效能比可能會比較低。
ASIC的亮點在于專用,因為它是量身定制的,所以執(zhí)行速度較快,大規(guī)模應用時其性價比和效能比都非常高,但ASIC的研發(fā)成本也非常高,而且一旦生產(chǎn)出來,它的功能就無法修改了。
“FPGA介于CPU與ASIC之間。”張佩珩說。FPGA芯片中預設(shè)了大量的基礎(chǔ)邏輯部件資源和布線資源,用戶可以通過在線編程來改變它的連接關(guān)系,當改變了連接關(guān)系之后,它就具有了某一種功能的處理能力。
作為一類有強項性能的“處理器”,F(xiàn)PGA也逐漸在一些應用領(lǐng)域占領(lǐng)了重要的位置。根據(jù)網(wǎng)友林名所說:FPGA的應用領(lǐng)域既很寬又很窄。寬是因為可以用在幾乎任何需要數(shù)字電路的領(lǐng)域;窄是因為由于成本、功耗、開發(fā)難度等,在每個領(lǐng)域都無法占統(tǒng)治地位。
壁壘重重
根據(jù)FPGA的特點,其主要應用是在通訊系統(tǒng)、工業(yè)控制、武器控制、醫(yī)療電子、消費電子等 領(lǐng)域,例如,通信技術(shù)要求實現(xiàn)高速、復雜協(xié)議,消費電子應用則注重功耗控制、快速交付等,這些應用都是FPGA可以大展身手的領(lǐng)域。近年來FPGA最引人 關(guān)注的變化趨勢之一就是它的應用領(lǐng)域不斷拓展。百度嘗試用FPGA打造AI專有芯片,并實現(xiàn)了第一版AI專有芯片——百度大腦,這使得百度成為了全球最早 將FPGA規(guī)模應用在人工智能領(lǐng)域的公司之一。
備受關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)對芯片也提出了非一般的要求。高度靈活且具有很強平行處理能力的 FPGA產(chǎn)品能夠提高傳輸量,縮短回應時間,提高能源效率,不但支援對資料分析和控制功能進行加速,還能夠安全地橋接物聯(lián)網(wǎng)應用中不斷發(fā)展的各種有線和無 線介面標準,是滿足新興物聯(lián)網(wǎng)應用需求的關(guān)鍵所在。
數(shù)據(jù)顯示,2014年,全球FPGA市場總規(guī)模達到50億美元,其中中國的市場份額達到了15億美元,占全球市場的三分之一。據(jù)分析機構(gòu)預測,到 2020年,全球FPGA 市場規(guī)模將達84億美元。同創(chuàng)國芯董事長祝昌華曾對媒體表示,隨著云計算、云存儲、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛汽車、5G通信等產(chǎn)業(yè)的興起,F(xiàn)PGA的市場前景 不容小覷。
然而,F(xiàn)PGA進入門檻非常高,目前市場上活躍度最高的四家芯片生產(chǎn)商有賽靈思、阿爾特拉、萊迪思與愛特。這四家公司用近 9000項專利構(gòu)筑的知識產(chǎn)權(quán)壁壘,很大程度上堵死了后來者追趕的道路。在過去十多年里,Intel、IBM、三星等數(shù)十家公司曾試圖涉足該領(lǐng)域,除 Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領(lǐng)域之外,其余公司紛紛折戟沉沙。
“設(shè)計難度大、開發(fā)周期長、工藝要求高、產(chǎn)量規(guī)模 小,這些都是制約FPGA發(fā)展的因素。”張佩珩說。據(jù)了解,某網(wǎng)友的博客文章中提到,在賽靈思和阿爾特拉瓜分了大部分市場,中低端市場還要和萊迪思、愛特 虎口奪食的情況下,京微雅格自然在FPGA自主研發(fā)的道路上舉步維艱。
何去何從
地平線機器人技術(shù)創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官余凱向記者坦言,其公司致力開發(fā)的機器人深度學習,就對FPGA有很高的要求,“沒有使用過國產(chǎn)FPGA芯片”。
行業(yè)細分,或許才是國產(chǎn)FPGA 芯片的出路。圖片來源:百度圖片
張佩珩所在的研究中心亦多采用賽靈思或阿爾特拉兩家公司的FPGA芯片用于高性能計算機的系統(tǒng)研發(fā)以及高性能可重構(gòu)計算等領(lǐng)域,“國產(chǎn)FPGA芯片或許可以率先在低端市場有所作為”。
產(chǎn)品的市場定位是非常重要的。網(wǎng)友熊飛在署名文章中支招:如果沒有那么多錢去燒,沒有那么多優(yōu)秀的工程師,沒有和晶圓廠良好的合作關(guān)系,就不要去想把自己的產(chǎn)品定位到高端領(lǐng)域。
定位低端的話,F(xiàn)PGA開發(fā)者一定要做一些MCU(微控制單元)和DSP(數(shù)字信號處理)做不了的事情,在交叉領(lǐng)域出些成果,例如專利算法、高速接口、特殊工藝、協(xié)議棧等等。熊飛認為,這些都是發(fā)展策略。
對于FPGA領(lǐng)域,整個生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)也很重要。除了芯片本身還需要大力發(fā)展EDA(電子設(shè)計自動化)工具,只有通過高性能的EDA工具才能充分開發(fā)出FPGA芯片的潛能。
很多細分市場上,國產(chǎn)FPGA還是有很多機會的,熊飛提到,只要有足夠的實力,能夠支撐研發(fā)支出,有非常好的市場定位,國產(chǎn)FPGA也是能夠自力更生的。