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行业细分 或是国产FPGA芯片的出路

2016-06-14

如果没有那么多钱去烧,没有那么多优秀的工程师,没有和晶圆厂良好的关系,就不要去想把自己的产品定位到高端领域。很多细分市场上,国产FPGA还是有很多机会的,只要有足够的实力,有非常好的市场定位,国产FPGA也是能够自力更生的。

  “和中国大多数集成电路设计公司一样,我们(京微雅格)还十分弱小,一直在自主创新的道路上艰难跋涉。”日前,集成电路设计公司京微雅格经营上遭遇困境在行业内引发不小的震动,以上是该公司在公开信中对负面新闻的回应。

  从媒体和京微雅格自身披露的信息中可以看出,京微雅格确实遭遇了不小的挫折,事态的发展还需要静待观察。

  不过,对很多网友而言,也许根本就从未听说过京微雅格这家公司,也从未听闻过什么是FPGA。通过京微雅格事件,我们或许能够认识到FPGA的国际竞争环境之恶劣和技术壁垒之严格,要取得国产化芯片的突破,道阻且长。

  什么是FPGA

  “FPGA是现场可编程门阵列的英文缩写,它是一种逻辑电路,也是进行信息处理所需的芯片类型之一。”中国科学院计算技术研究所研究员张佩珩向记者解释说。

  如果从信息处理视角来分类的话,所需的芯片大致可分为三类:CPU(中央处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)。

   “CPU是最通用的芯片,大家也最熟悉。”张佩珩说。CPU作为通用计算机的处理核心,它具备处理各式各样指令要求的能力,并且是在存储于外部存储器中 的程序的控制下运行的,因此,对于信息处理而言,CPU最灵活也最通用,但如果只是用来处理某类固定的算法,CPU的性价比和效能比可能会比较低。

  ASIC的亮点在于专用,因为它是量身定制的,所以执行速度较快,大规模应用时其性价比和效能比都非常高,但ASIC的研发成本也非常高,而且一旦生产出来,它的功能就无法修改了。

  “FPGA介于CPU与ASIC之间。”张佩珩说。FPGA芯片中预设了大量的基础逻辑部件资源和布线资源,用户可以通过在线编程来改变它的连接关系,当改变了连接关系之后,它就具有了某一种功能的处理能力。

  作为一类有强项性能的“处理器”,FPGA也逐渐在一些应用领域占领了重要的位置。根据网友林名所说:FPGA的应用领域既很宽又很窄。宽是因为可以用在几乎任何需要数字电路的领域;窄是因为由于成本、功耗、开发难度等,在每个领域都无法占统治地位。

  壁垒重重

  根据FPGA的特点,其主要应用是在通讯系统、工业控制、武器控制、医疗电子、消费电子等 领域,例如,通信技术要求实现高速、复杂协议,消费电子应用则注重功耗控制、快速交付等,这些应用都是FPGA可以大展身手的领域。近年来FPGA最引人 关注的变化趋势之一就是它的应用领域不断拓展。百度尝试用FPGA打造AI专有芯片,并实现了第一版AI专有芯片——百度大脑,这使得百度成为了全球最早 将FPGA规模应用在人工智能领域的公司之一。

  备受关注的物联网对芯片也提出了非一般的要求。高度灵活且具有很强平行处理能力的 FPGA产品能够提高传输量,缩短回应时间,提高能源效率,不但支援对资料分析和控制功能进行加速,还能够安全地桥接物联网应用中不断发展的各种有线和无 线介面标准,是满足新兴物联网应用需求的关键所在。

数据显示,2014年,全球FPGA市场总规模达到50亿美元,其中中国的市场份额达到了15亿美元,占全球市场的三分之一。据分析机构预测,到 2020年,全球FPGA 市场规模将达84亿美元。同创国芯董事长祝昌华曾对媒体表示,随着云计算、云存储、工业互联网、无人驾驶汽车、5G通信等产业的兴起,FPGA的市场前景 不容小觑。

  然而,FPGA进入门槛非常高,目前市场上活跃度最高的四家芯片生产商有赛灵思、阿尔特拉、莱迪思与爱特。这四家公司用近 9000项专利构筑的知识产权壁垒,很大程度上堵死了后来者追赶的道路。在过去十多年里,Intel、IBM、三星等数十家公司曾试图涉足该领域,除 Intel以167亿美元收购阿尔特拉成功进军该领域之外,其余公司纷纷折戟沉沙。

  “设计难度大、开发周期长、工艺要求高、产量规模 小,这些都是制约FPGA发展的因素。”张佩珩说。据了解,某网友的博客文章中提到,在赛灵思和阿尔特拉瓜分了大部分市场,中低端市场还要和莱迪思、爱特 虎口夺食的情况下,京微雅格自然在FPGA自主研发的道路上举步维艰。

  何去何从

  地平线机器人技术创始人兼首席执行官余凯向记者坦言,其公司致力开发的机器人深度学习,就对FPGA有很高的要求,“没有使用过国产FPGA芯片”。

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行业细分,或许才是国产FPGA 芯片的出路。图片来源:百度图片

  张佩珩所在的研究中心亦多采用赛灵思或阿尔特拉两家公司的FPGA芯片用于高性能计算机的系统研发以及高性能可重构计算等领域,“国产FPGA芯片或许可以率先在低端市场有所作为”。

  产品的市场定位是非常重要的。网友熊飞在署名文章中支招:如果没有那么多钱去烧,没有那么多优秀的工程师,没有和晶圆厂良好的合作关系,就不要去想把自己的产品定位到高端领域。

  定位低端的话,FPGA开发者一定要做一些MCU(微控制单元)和DSP(数字信号处理)做不了的事情,在交叉领域出些成果,例如专利算法、高速接口、特殊工艺、协议栈等等。熊飞认为,这些都是发展策略。

  对于FPGA领域,整个生态系统建设也很重要。除了芯片本身还需要大力发展EDA(电子设计自动化)工具,只有通过高性能的EDA工具才能充分开发出FPGA芯片的潜能。

  很多细分市场上,国产FPGA还是有很多机会的,熊飞提到,只要有足够的实力,能够支撑研发支出,有非常好的市场定位,国产FPGA也是能够自力更生的。