《电子技术应用》

国产FPGA市场格局及进展

作者:大王
2018/5/25 14:02:00

  FPGA作为通信、航天、军工等领域的关键核心器件,是保障国家战略安全的重要支撑基础。近年来,随着大数据、云计算和人工智能的发展,FPGA的应用领域得到快速扩张。然而,长期以来,FPGA市场都处于美国的绝对垄断之下,这对中国毫无疑问是一个隐患--如果没有FPGA,90%以上的大型军用电子设备将难以发挥作用。

  为了满足经济发展和国防需求,打破美国的垄断,中国政府多年来投入了数百亿科研经费,通过逆向工程方式仿制美国对我禁运的FPGA产品。但由于知识产权、生产工艺和软件技术等多方面的限制,仿制品种有限,技术无法突破,还难以满足国家安全的需要。

  近几年FPGA作为“中国强芯”战略产品的重头戏之一,国内FPGA厂商如紫光同创、复旦微电子、华微电子、中电科58所、航天772所、京微雅格、高云半导体、上海安路、西安智多晶、上海遨格芯等,虽然积累了一定的技术和产业基础,在FPGA国产化有所突破,但产品还未能进入主流市场,与国际巨头存在较大的差距,不论从产品性能、功能、功耗、软件、应用支撑上都有差距。接下来就让我们跟进一下这些企业的最新进展。

  紫光同创

  深圳市紫光同创电子有限公司是国内唯一一家覆盖高端、中端、低端等多层次FPGA市场应用需求的厂商,产品覆盖通信网络、信息安全、人工智能、数据中心、工业与物联网等各行各业。早在2015年,在国内首次实现千万门级规模的全自主知识产权Titan系列高性能FPGA及配套开发工具,是目前唯一能支持和实现大规模FPGA全流程开发设计的国内FPGA厂商。这一系列产品的成功实现,标志着中国FPGA产业真正具备了研制全自主知识产权高性能FPGA的能力,体现了中国FPGA芯片和EDA软件设计水平的巨大飞越。目前PGT180H芯片已经通过中兴通讯和新华三通信等设备厂商的全部系统验证,开始批量供货,成为唯一一款在通信设备市场实现量产出货的国产FPGA。

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紫光同创  Titan系列高性能FPGA

  京微雅格

  2003年,京微雅格的前身在美国硅谷创立,2005年公司迁至北京,主要从事FPGA开发。京微雅格多年来布局了“山”“河”“云”“星”四个产品系列,计划从低端一步步向中高端市场迈进。其推出的 CME-C1容量达2000万门级别,在中低端市场局部实现了对国外FPGA的替换。

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京微雅格  CME-C1

  2016年5月,京微雅格经营遭遇困境,一度被传倒闭,后京微雅格回应:“公司在经营上发生了一定的困难,但是没有出现公司倒闭的情况,核心管理团队依然坚守岗位,公司在寻求重组。”

  2017年6月,京微雅格留守人员成立“京微齐力(齐力科技)”,原公司以存续的状态继续维持着,同时将其所有产品、技术等全部独家授权给现公司使用。京微齐力内部目前正在用自己的小规模容量的FPGA产品做一些简单的AI应用。除了继续销售原有的FPGA芯片之外,正在研发新一代面向人工智能/智能制造等应用领域的AiPGA芯片、异构计算HPA芯片、嵌入式可编程eFPGA IP核,产品市场将涵盖云端服务器、物联网、消费类智能终端以及国家通信/工业/电力/军用/医疗等核心基础设施。这或许可以称为京微雅格的一种延续。

  复旦微电子/复旦微电子学院

  上海复旦微电子集团股份有限公司是国内从事超大规模集成电路设计、开发和提供系统解决方案的专业公司,而复旦微电子学院应该算国内比较少的自主研发FPGA的研究机构。复旦微电子也有FPGA产品,估计和复旦微电子学院的FPGA是同源的。不过它家的东西是只供应军方的,但是军方有多少东西在用就不得而知了。

  另一方面,猜想军方不想让别人知道这个FPGA有没有什么缺陷,所以不允许其公开销售。两家已经展开合作,其自主可控的FPGA器件与配套软件系统取得重要突破,与复旦微电子集团股份有限公司紧密合作建立了“FPGA创新团队”,协同加大力度攻关千万门级FPGA器件的技术难题。

  华微电子

  成都华微电子科技有限公司是国家"909"工程集成电路设计公司和国家首批认证的集成电路设计企业,隶属于中国电子信息产业集团,由中国华大集成电路设计有限责任公司、成都成电大学科技园有限公司、成都创新风险投资有限公司、成都华微员工团队四家股东共同投资创办。其第四代 FPGA 产品采用 90nm 工艺代表国内最高水平,目前已大规模应用于各军工企业和研究所。

  2017年,其600万门级FPGA成功实现在国家保密通讯交换机上的商业化应用,完成了千万门级FPGA研发,在高端FPGA领域形成国产化替代能力,保障了国家重点工程需求;其7000万门级FPGA项目成功获批国家“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”项目。

  中电58所

  中国电子科技集团公司第五十八研究所,是超大规模集成电路研究、开发、生产的国家重点骨干研究所。研究所位于风景秀丽的无锡太湖之滨,全所现有职工800余名,研究所以数字集成电路研究开发为主,拥有集成电路设计、制版、工艺、测试、封装及可靠性的完整配套能力,通过了ISO9001-2000质量管理体系认证,创造过我国集成电路发展各个阶段的领先水平。

  近年来开发完成了DSP、MCU、AD/DA、E2PROM、嵌入式ASIC等上百个品种集成电路,拥有完整的0.5~1.2um的ASIC设计库,可进行0.18um以上的ASIC、0.35um以上的CMOS、1.2um以上的BiCMOS、0.8~1.5um的CDMOS等产品的设计开发。具备研发、生产百万门级实用化ASIC能力。

  航天772所

  由于保密原因,没能收集到更多资料。但是可以明确的一点是,现在中国航天航空级FPGA芯片供货大户之一就是772所。772所从2002年开始从事高可靠的FPGA设计、封装、测试及可靠性评估工作,目前已形成一直专业从事高可靠应用的FPGA研制团队,在高可靠和高等级FPGA和PROM设计、封装、测试及应用等方面形成自主核心技术及系列产品,实现了中国自己的“航天百变芯”。

  高云半导体

  广东高云半导体科技股份有限公司于2014年1月在创立。公司以国产FPGA研发与产业化为核心,旨在推出具有核心自主知识产权的民族品牌FPGA 芯片,提供集设计软件、IP核、参照设计、开发板、定制服务等一体化完整解决方案的民营高科技公司。2016年已完成中低密度的产品布局。目前高云半导体产品有2个家族、4个系列、 11个型号、50+种封装的芯片,EDA开发软件持续改进已更新至1.7.9版本。

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高云 产品研发路线

  高云FPGA产品分“小蜜蜂家族”和“晨熙家族”,以55nm级别以上的FPGA芯片为主导产品,定位中高端和中等规模的FPGA芯片。其中晨熙家族产品属于中密度FPGA代表,采用55nm SRAM制造工艺,包括GW2A-55、GW2A-18、GW2AR-18三个型号,产品广泛应用于通信网络、工业控制、工业视频、服务器、消费电子等领域。另一个小蜜蜂家族产品主要面向低密度FPGA市场,采用55nm嵌入式Flash+SRAM制造工艺,该家族包含GW1N、GW1NR两个系列,除了可满足传统通信、工业控制、视频监控等领域的应用需求外,还为消费类行业客户提供了更多的选择。

  安路科技

  上海安路信息科技有限公司成立于2011年,专注于为客户提供高性价比的可编程逻辑器件(FPGA)、可编程系统级芯片(SOC)、定制化可编程芯片、及相关软件设计工具和创新系统解决方案。公司的创始人及核心运营团队由来自世界著名的FPGA公司和EDA公司的海内外高级技术、运营管理人才,以及学术界资深FPGA专家组成,从业经验均超过10年。

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安路科技 ELF2M4500 SOC FPGA

  安路科技于2015年推出其第一代FPGA AL3-10,目前已形成“Elf(精灵)系列CPLD、Eagle(猎鹰)系列低成本FPGA、Phoenix (凤凰)系列高性能FPGA、集成处理器SOC FPGA、千万门级FPGA IP”等三个系列二十余款芯片产品,成功量产,并进入了视频显示、通信接入、工业控制、金融机具等多个行业。

  2017年5月,安路科技获华大半导体投资,为其向更复杂技术、更先进工艺制程发展提供资金和平台支撑。

  2017年10月,安路科技针对工业控制、视频桥接、接口扩展、IOT应用和通信等市场,推出了第二代“小精灵”ELF2系列高性能、微安级低功耗FPGA,以及相应的配套开发软件。ELF2系列芯片可广泛应用于伺服驱动、工业控制、国防军工、物联网、通信接入等多个领域。作为拥有软、硬件完全知识产权的国产可编程逻辑器件, ELF2的量产将进一步推动国产FPGA市场成长,打破国外长期垄断的局面。

  西安智多晶

  西安智多晶微电子有限公司成立于2012年11月,是由海外留学生归国创设的高科技企业。智多晶微电子专心致力于成为中国第一大可编程逻辑电路(FPGA与CPLD)集成电路制造和应用供应商。

智多晶  HqFpga设计流程图.png

智多晶  HqFpga设计流程图

  智多晶紧紧抓住可编程逻辑电路器件研发的技术核心,在LED驱动、高端医疗、智能仪表、工业控制等四大应用领域研发创新并推出相关产品,提供高质量,低功耗,低成本,马上可投入量产的系统集成解决方案。现有产品Seagull 1000系列、sealion2000系列及在研seal 5000系列,并于2017年11月公布了其自主研发的HqFpgaTM RTL-to-FPGA全流程FPGA实现平台。

  上海遨格芯

  上海遨格芯微电子有限公司(AGM)成立于2012年,是国内领先的以可编程逻辑技术为基础, 提供应用市场SoC芯片的半导体集成电路无生产线设计公司。由来自美国硅谷知名可编程逻辑 SoC 企业的团队和国内资深工程团队创办。

  遨格芯是以开发自主产权的编译软件开始,兼容切入现有FPGA软件的生态链。看到智能手机风口的AGM也不失时机出了一款用于智能手机和loT的FPGA芯片,在助力客户逐渐退出低端市场之时,把握住机会,通过价格优势抢夺低端市场。通过最近几年的不断地产品迭代和市场扩展,AGM悄悄地积累了比较稳定的客户,产品线也开始丰富起来,成为了国内FPGA的一批发展迅猛的黑马。目前,遨格芯提供了国产销量领先并最齐全的中低端FPGA产品线和高性能应用SoC产品。

  以上这些厂商,在绝对垄断下,靠自主研发与技术积累,突破了重重专利壁垒,从而解决了国内自主FPGA从无到有的问题。然而,无法忽视一点是,国产FPGA基本分布在中低端市场,大多是一些1000万门级左右的FPGA,少数达到2000万门级的FPGA虽然也有自主研发的,但大多是逆向工程的产物,或商业收购的结果,比如京微雅阁就依靠美国CSwitch公司开发出具有自主知识产权的Tile架构。在对性能要求更高的应用场合,自主FPGA依然很难替代XILINX和Intel(Altera)的产品。


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