《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 可編程邏輯 > AET原創(chuàng) > 國(guó)產(chǎn)FPGA如何破局?

國(guó)產(chǎn)FPGA如何破局?

2018-05-29
作者:王偉
關(guān)鍵詞: FPGA 人工智能 5G

  FPGA門(mén)檻之高在芯片行業(yè)里無(wú)出其右,幾十年來(lái)全球有60多家公司先后斥資數(shù)十億美元,前赴后繼地嘗試登頂FPGA高地,其中不乏英特爾、IBM、德州儀器、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星這樣的行業(yè)巨鱷,但是最終登頂成功的只有位于美國(guó)硅谷的四家公司:Xilinx、Altera(2015年被英特爾收購(gòu))、Lattice、Microsemi(接近被Microchip收購(gòu),已完成了美國(guó)的反壟斷審查,等待中國(guó)商務(wù)部的批準(zhǔn)中)。其中,Xilinx與Altera這兩家公司共占有近90%的市場(chǎng)份額,專利達(dá)到6000余項(xiàng)之多,如果算上Lattice和Microsemi,這個(gè)數(shù)字將達(dá)到10000以上,如此之多的技術(shù)專利構(gòu)成的技術(shù)壁壘注定高不可攀。

  出于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全考慮,中國(guó)政府多年來(lái)投入了數(shù)百億科研經(jīng)費(fèi),通過(guò)逆向工程方式仿制美國(guó)對(duì)我禁運(yùn)的FPGA產(chǎn)品,從而積累了一定的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),形成了以正向設(shè)計(jì)為主的開(kāi)發(fā)方式。在軍工航天領(lǐng)域,主要企業(yè)包括紫光同創(chuàng)、復(fù)旦微電子、華微電子、中電科58所、航天772所等;在民品領(lǐng)域,主要企業(yè)包括廣東高云、上海安路、西安智多晶、上海遨格芯等。

  但截至目前,F(xiàn)PGA的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程進(jìn)展可謂緩慢。國(guó)內(nèi)廠商FPGA產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)的份額總計(jì)不足5%,占全球市場(chǎng)幾乎為0%,這是一個(gè)令人非常沮喪的數(shù)字。不僅如此,國(guó)內(nèi)廠商在技術(shù)水平和國(guó)外大廠的差距也很大。國(guó)產(chǎn)FPGA基本分布在中低端市場(chǎng),大多是一些1000萬(wàn)門(mén)級(jí)左右的FPGA,少數(shù)達(dá)到2000萬(wàn)門(mén)級(jí)的FPGA雖然也有自主研發(fā)的,但大多是逆向工程的產(chǎn)物,或商業(yè)收購(gòu)的結(jié)果,比如京微雅閣就依靠美國(guó)CSwitch公司開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Tile架構(gòu)。在對(duì)性能要求更高的應(yīng)用場(chǎng)合,自主FPGA依然很難替代Xilinx和Altera的產(chǎn)品。如何打破這一僵局,有效布局FPGA產(chǎn)業(yè),取得實(shí)質(zhì)成果,是當(dāng)前中國(guó)FPGA企業(yè)需要思考的一個(gè)問(wèn)題。

  以史為鑒 吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

  十年來(lái),有幾十家企業(yè)意圖進(jìn)入FPGA市場(chǎng),除Intel以167億美元收購(gòu)阿爾特拉成功進(jìn)軍該領(lǐng)域之外,其余公司紛紛折戟沉沙。他們失敗的原因也是中國(guó)本土企業(yè)所面臨的問(wèn)題??偟膩?lái)說(shuō)可以概括為以下4條:

  1)支持方或投資方資金的持續(xù)性問(wèn)題。FPGA的研發(fā)周期是一個(gè)不同于ASIC等其他芯片的研發(fā)??赡芤粋€(gè)5年的周期不足以為奇,甚至7年,包括市場(chǎng)分析與定位、架構(gòu)/硬件實(shí)現(xiàn)、軟件支撐、芯片制程、測(cè)試、封裝、篩選等。對(duì)于芯片而言,這個(gè)過(guò)程很難一次流片就保證無(wú)任何問(wèn)題;對(duì)于軟件而言,需要可能兩代以上的迭代積累與適應(yīng)芯片的各項(xiàng)功能。等萬(wàn)事俱備后,application的實(shí)施、Marketing的推廣宣傳,最后才到客戶手上。很多投資方?jīng)]有這么多時(shí)間、精力和資金來(lái)玩這個(gè)游戲。很多startup公司正是因?yàn)橘Y金鏈的中斷,而退出市場(chǎng)。

  2)市場(chǎng)與芯片定位問(wèn)題。因?yàn)樵贔PGA高度壟斷的情況下,如何突破,如何創(chuàng)新一直是困擾startup公司的難題。做中低端產(chǎn)品,在同樣工藝節(jié)點(diǎn)下,如何解決芯片cost、performance和功耗問(wèn)題是關(guān)鍵。在架構(gòu)創(chuàng)新的同時(shí),可能會(huì)帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn),需要等待一定周期的市場(chǎng)檢驗(yàn)。另外當(dāng)你還處在第一代產(chǎn)品的研發(fā)中,那幾家FPGA巨頭不論是在工藝上、成本上、性能上、功耗上都不會(huì)輸給你。如果做高端產(chǎn)品,如何把你的產(chǎn)品的可信度(可靠和安全)建立起來(lái)是很重要的問(wèn)題。因?yàn)槟銊傔M(jìn)入市場(chǎng),幾乎沒(méi)有叫得響亮的客戶。試想別人會(huì)把你拉入采購(gòu)名單嗎?很多startup公司還沒(méi)來(lái)得及想清楚這個(gè)問(wèn)題,就被無(wú)情地請(qǐng)出了這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)格局。

  3)軟件與硬件配合問(wèn)題。FPGA麻雀雖小、卻五臟俱全。即便做出了一個(gè)很powerful的芯片,但如果沒(méi)有有效率的軟件支撐,也是徒勞無(wú)用。如何將軟件與硬件天衣無(wú)縫地結(jié)合在一起,是一個(gè)難題。不論在大公司小公司,都需要花大量地時(shí)間去論證。另外隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜、性能要求越來(lái)越苛刻,軟件在保證產(chǎn)品上市進(jìn)程中扮演的角色也越來(lái)越重要。沒(méi)有自主創(chuàng)新的軟件,一定會(huì)失敗!很多startup公司之所以相繼落馬的原因是,軟件不能很好地配合硬件工作。

  4)應(yīng)用工程師的培養(yǎng)問(wèn)題。有了好的硬件和軟件,還不足夠;還需要更多的AE團(tuán)隊(duì)進(jìn)行支持。我們經(jīng)常說(shuō)到,如果把FPGA產(chǎn)品研發(fā)中硬件所付諸的努力比作"1"的話,那么軟件要付諸的努力就是"2",而開(kāi)發(fā)應(yīng)用所付諸的努力則要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于"4"。如果一個(gè)FPGA產(chǎn)品,沒(méi)有好的應(yīng)用支持團(tuán)隊(duì),開(kāi)發(fā)各類相關(guān)的應(yīng)用,也很難在市場(chǎng)上有所表現(xiàn)。根據(jù)市場(chǎng)生存法則,你的產(chǎn)品很快就被吞噬,不久將來(lái)也會(huì)被淘汰。很多startup公司也是因?yàn)闆](méi)有好的應(yīng)用工程師團(tuán)隊(duì),不能開(kāi)發(fā)出有競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)品應(yīng)用,而導(dǎo)致流產(chǎn)。

  解決方案可簡(jiǎn)要概括為以下四點(diǎn):一是不能以技術(shù)為導(dǎo)向,要重視市場(chǎng);二是要保證持續(xù)的資金投入;三是市場(chǎng)與芯片定位要做好,去找市場(chǎng)中尚存的空白領(lǐng)域;四是軟硬件配合完善,有了完善的硬件,還要在軟件提升方面投入較多力量。

  舉國(guó)之力 走自主發(fā)展路線

  國(guó)內(nèi)FPGA的發(fā)展只能依靠自主,這個(gè)必然需要漫長(zhǎng)的等待和盡心的呵護(hù),但除此之外沒(méi)有更好的選擇。芯片的自主設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)信息安全的最底層保障。這也是為什么與信息處理相關(guān)的基礎(chǔ)芯片(手機(jī)芯片、PC處理器等)需要實(shí)現(xiàn)自制的原因。在目前FPGA的技術(shù)和供給幾乎全部來(lái)源于美國(guó),包括歐洲和日本等技術(shù)強(qiáng)國(guó)也沒(méi)有掌握到核心技術(shù)。

  對(duì)于中國(guó)而言,國(guó)家促進(jìn)集成電路發(fā)展已經(jīng)提升至國(guó)家戰(zhàn)略。同時(shí)特殊的應(yīng)用場(chǎng)景(軍工、導(dǎo)彈、航天航空)要求的FPGA是涉及到國(guó)家安全和領(lǐng)土安全的,對(duì)芯片的要求也會(huì)比較嚴(yán)謹(jǐn),但這一塊本身高性能的產(chǎn)品國(guó)外對(duì)中國(guó)是禁運(yùn)的,這也從另一方面促成國(guó)內(nèi)FPGA自己滿足的契機(jī)。目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的FPGA主要用于軍工、通訊、航空航天等領(lǐng)域。

  在民用領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)是FPGA需求最大的市場(chǎng),現(xiàn)在Xilinx、Altera最大的客戶就在中國(guó),通訊市場(chǎng)華為中興烽火包攬了全國(guó)60%以上的量。同時(shí)人工智能芯片需求的高速并行計(jì)算對(duì)FPGA芯片的需求也在幾十億美元的數(shù)量級(jí),而國(guó)內(nèi)是人工智能高速芯片發(fā)展最快,需求最大的市場(chǎng)。中國(guó)FPGA的發(fā)展紅利在于需求市場(chǎng)足夠大,有需求就要有相應(yīng)產(chǎn)品來(lái)支持。這對(duì)于國(guó)內(nèi)廠家就是機(jī)會(huì),目前,同方國(guó)芯片已經(jīng)和華為中興合作,想實(shí)現(xiàn)一部分的國(guó)產(chǎn)替代。

  最后,從技術(shù)角度來(lái)說(shuō),我們已經(jīng)不像10年前基本不懂核心技術(shù)。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟完善,以及芯片設(shè)計(jì)能力的不斷加強(qiáng),我們自己可以自主設(shè)計(jì)和流片ARM架構(gòu)的手機(jī)CPU,并成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,這在10年前都不敢相信。在我們?cè)谶^(guò)去積累的技術(shù)沉淀和創(chuàng)新能力,已經(jīng)使得我們?cè)贔PGA的特定應(yīng)用領(lǐng)域(軍工、通訊)實(shí)現(xiàn)一定程度上的自我供給。未來(lái)也可能類似于CPU+FPGA用于云數(shù)據(jù)中心節(jié)中,這些應(yīng)用領(lǐng)域都是信息高度敏高的地方,使用自主設(shè)計(jì)的芯片更能實(shí)現(xiàn)安全可控。

  隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛、5G通信的興起,F(xiàn)PGA的市場(chǎng)前景會(huì)越來(lái)越廣。國(guó)內(nèi)FPGA廠商要以點(diǎn)帶面、加強(qiáng)整機(jī)企業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的牽引作用、借助國(guó)家重大項(xiàng)目推動(dòng)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展、適當(dāng)引入資本市場(chǎng),推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。多管齊下,國(guó)產(chǎn)FPGA的春天終將到來(lái)。到那時(shí),我們定要重塑FPGA產(chǎn)業(yè)新格局。


此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。