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  • 电子行业研究周报:从AMD或收购Xilinx看全球FPGA市场格局.pdf
  • 国产FPGA市场格局及进展

    千次阅读 2019-05-18 08:49:30
    国产FPGA市场格局及进展 时间:2018-05-26 11:25来源:电子技术应用网 摘要: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,...

    国产FPGA市场格局及进展

    时间:2018-05-26 11:25来源:电子技术应用网

    摘要: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。

    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。
     

    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。
     

    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。
     

    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。
     

    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

      
    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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  • FPGA市场现状和未来趋势

    万次阅读 多人点赞 2019-02-14 08:17:00
    可编程的“万能芯片” FPGA——现场可编程门阵列,是指一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元,完成既定设计功能的数字集成电路。 一、FPGA简介 FPGA(Field Programmable Gate Array)于1985年由...

    可编程的“万能芯片” FPGA——现场可编程门阵列,是指一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元,完成既定设计功能的数字集成电路。

    一、FPGA简介

    FPGA(Field Programmable Gate Array)于1985年由xilinx创始人之一Ross Freeman发明,虽然有其他公司宣称自己最先发明可编程逻辑器件PLD,但是真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064为xilinx所发明,这个时间差不多比摩尔老先生提出著名的摩尔定律晚20年左右,但是FPGA一经发明,后续的发展速度之快,超出大多数人的想象,近些年的FPGA,始终引领先进的工艺。

    FPGA—“万能芯片”

    可编程的“万能芯片” FPGA——现场可编程门阵列,是指一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元,完成既定设计功能的数字集成电路。

    FPGA可以实现怎样的能力,主要取决于它所提供的门电路的规模。如果门电路的规模足够大,FPGA通过编程可以实现任意芯片的逻辑功能,例如ASIC、DSP甚至PC处理器等。这就是FPGA为什么被称之为“万能芯片”的原因。

    FPGA 内部结构

    FPGA可随意定制内部逻辑的阵列,并且可以在用户现场进行即时编程,以修改内部的硬件逻辑,从而实现任意逻辑功能。这一点是ASIC和和DSP都无法做到的。形象点来说,传统的ASIC和DSP等于一张出厂时就写有数据且不可擦除的CD,用户只需要放到CD播放器就可以看到起数据或听到音乐;而FPGA是一张出厂时的空白的CD,需要用户自己使用刻录机烧写数据内容到盘里,并且还可以擦除上面的数据,反复刻录。

    可编程灵活性高、开发周期短、并行计算效率高

    FPGA的核心优点:可编程灵活性高、开发周期短、并行计算可编程灵活性高。

    与ASIC的全定制电路不同,FPGA属于半定制电路。理论上,如果FPGA提供的门电路规模足够大,通过编程可以实现任意ASIC和DSP的逻辑功能。另外,编程可以反复,不像ASIC设计后固化不能修改。所以,FPGA的灵活性也较高。实际应用中,FPGA的现场可重复编程性使开发人员能够用软件升级包通过在片上运行程序来修改芯片,而不是替换和设计芯片(设计和)时间成本巨大),甚至FPGA可通过因特网进行远程升级。

    开发周期短。ASIC制造流程包括逻辑实现、布线处理和流片等多个步骤,而FPGA无需布线、掩模和定制流片等,芯片开发流程简化。传统的ASIC和SoC设计周期平均是14个月到24个月,用FPGA进行开发时间可以平均降低55%。全球FPGA第一大厂商Xilinx认为,更快比更便宜重要,产品晚上市六个月5年内将少33%的利润,每晚四周等于损失14%的市场份额。

    FPGA比ASIC的设计流程大幅减小

    并行计算效率高。FPGA属于并行计算,一次可执行多个指令的算法,而传统的ASIC、DSP甚至CPU都是串行计算,一次只能处理一个指令集,如果ASIC和CPU需要提速,更多的方法是增加频率,所以ASIC、CPU的主频一般较高。FPGA虽然普遍主频较低,但对部分特殊的任务,大量相对低速并行的单元比起少量高效单元而言效率更高。另外,从某种角度上说,FPGA内部其实并没有所谓的“计算”,最终结果几乎是类似于ASIC“电路直给”,因此执行效率就大幅提高。

    FPGA限制因素:成本、功耗和编程设计

    未来,如果FPGA价格到低一定程度,将替代大多数的ASIC芯片。但是,目前制约FPGA发展的三大因素主要有:成本、功耗和编程设计。

    ASIC 与 FPGA 对比

    成本。如果ASIC流片量大,实现同样逻辑的FPGA成本将是ASIC的10倍以上。按照上面的初步测算,以5万片流片为零界点,低于5万片的小批量多批次的专用控制设别(如雷达、航天飞机、汽车电子、路由器,这些高价值、批量相对较小、多通道计算的专用设备)采用FPGA更加经济划算。

    FPGA和ASIC的成本粗算

    功耗。FPGA中的芯片的面积比ASIC更大,这是因为FPGA厂商并不知道下游的具体需求应用,故在芯片中装入规模巨大的门电路(其实很多没有使用到),行业深度报告:FPGA—大数据和物联网时代大有可为国防、汽车等,这些领域对低功耗要求不高。

    编程设计。FPGA的发展中,软件将占据60%的重要程度。例如Xilinx公司60%~70%的研发人员从事软件工作。除了考虑芯片架构,编程设计时还要考虑应用场景多样性、复杂性和效率。FPGA编程需要采用的专用工具进行HDL编译,再烧录至FPGA中,其技术门槛非常高。

     

    二、国内外FPGA游戏厂商收录

    FPGA市场前景诱人,但是门槛之高在芯片行业里无出其右。全球有60多家公司先后斥资数十亿美元,前赴后继地尝试登顶FPGA高地,其中不乏英特尔、IBM、德州仪器、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星这样的行业巨鳄,但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司:Xilinx(赛灵思)、Altera(阿尔特拉)、Lattice(莱迪思)、Microsemi(美高森美),其中,Xilinx与Altera这两家公司共占有近90%的市场份额,专利达到6000余项之多,如此之多的技术专利构成的技术壁垒当然高不可攀。而Xilinx始终保持着全球FPGA的霸主地位。

    FPGA是一个技术密集型的行业,没有坚实的技术功底,很难形成有竞争力的产品。这也是FPGA市场多年来被四大巨头Xilinx(赛灵思)、Altera(阿尔特拉)、Lattice(莱迪思)、Microsemi(美高森美)基本垄断的原因。

    国外FPGA厂商:

    公司名称:Xilinx

    总部:美国加利福尼亚圣何塞市

    官网:http://www.xilinx.com/

    1984年Xilinx共同创始人Ross Freeman, Bernie Vonderschmitt和 Jim Barnett 为自己定下了一个目标, 那就是“针对特定应用市场, 把Xilinx打造成为一个设计,制造,营销,及用户可配置逻辑阵列全面领先的企业。”从一个专利起步, Xilinx的创始人点燃了一种创新的精神。这种精神,不仅成就了一个前所未有的行业,而且也让Xilinx成为半导体行业当之无愧的领导企业。

    Xilinx大事记

    Xilinx发明的FPGA颠覆了半导体世界,创立了Fabless(无晶圆厂)的半导体模式。Xilinx的产品组合融合了 FPGA、SoC 和 3DIC 系列 All Programmable 器件,以及全可编程的开发模型,包括软件定义的开发环境等。产品支持 5G 无线、嵌入式视觉、工业物联网和云计算所驱动的各种智能、互连和差异化应用。

    Xilinx在5G 无线、嵌入式视觉、工业物联网和云计算等都有所涉及

    客户使用Xilinx及其合作伙伴的自动化软件工具和IP核对器件进行编程,从而完成特定的逻辑操作。目前Xilinx满足了全世界对 FPGA产品一半以上的需求。

    Xilinx产品线还包括复杂可编程逻辑器件(CPLD)。在某些控制应用方面CPLD通常比FPGA速度快,但其提供的逻辑资源较少。与采用传统方法如固定逻辑门阵列相比,利用Xilinx可编程器件,客户可以更快地设计和验证他们的电路。而且,由于Xilinx器件是只需要进行编程的标准部件,客户不需要象采用固定逻辑芯片时那样等待样品或者付出巨额成本。

    Xilinx产品已经被广泛应用于从无线电话基站到DVD播放机的数字电子应用技术中。传统的半导体公司只有几百个客户,而Xilinx在全世界有7,500多家客户及50,000多个设计开端。其客户包括Alcatel,Cisco Systems,EMC,Ericsson,Fujitsu,Hewlett-Packard,IBM,Lucent Technologies,Motorola,NEC,Nokia,Nortel,Samsung,Siemens,Sony,Oracle以及Toshiba。

    Xilinx可编程芯片为行业领导厂商提供了可选的创新平台,使得他们可以设计和生产出数以万计改善我们日常生活质量的先进产品。

     

    公司名称:Altera

    总部:美国加利福尼亚圣何塞市

    官网:https://www.altera.com.cn/

    是世界上“可编程芯片系统”(SOPC)解决方案倡导者。结合带有软件工具的可编程逻辑技术、知识产权(IP)和技术服务,在世界范围内为14,000多个客户提供高质量的可编程解决方案。新产品系列将可编程逻辑的内在优势——灵活性、产品及时面市——和更高级性能以及集成化结合在一起,专为满足当今大范围的系统需求而开发设计。全面的产品组合不但有器件,而且还包括全集成软件开发工具、通用嵌入式处理器、经过优化的知识产权(IP)内核、参考设计实例和各种开发套件等。

    2015年,英特尔宣布以167亿美元收购FPGA厂商Altera。这是英特尔公司历史上规模最大的一笔收购。随着收购完成,Altera将成为英特尔旗下可编程解决方案事业部(Programmable Solutions Group),丹·麦克纳马拉(Dan McNamara)将担任这一部门的负责人。新成立的可编程解决方案事业部将携手英特尔现有数据中心事业部与物联网事业部,一起开发“高度定制化和高度集成化的产品。”新的一体化芯片最初将带来30%至50%的性能提升,而最终的性能提升将达到2到3倍。这样的计算性能对于人脸识别等计算任务很重要。

     

     

    公司名称:Lattice

    总部:美国俄勒冈州

    官网:http://www.latticesemi.com/zh-CN

    莱迪思提供业界领先的SERDES产品。 FPGA和PLD是广泛使用的半导体元件,最终用户可以将其配置成特定的逻辑电路,从而缩短设计周期,降低开发成本。莱迪思的最终用户主要是通讯、计算机、工业、汽车、医药、军事及消费品市场的原始设备生产商。

    莱迪思为当今系统设计提供全面的解决方案,包括能提供瞬时上电操作、安全性和节省空间的单芯片解决方案的一系列无可匹敌的非易失可编程器件。

    2015年Lattice以6亿美元收购了Silicon Image;2016年4月紫光宣布在公开市场收购Lattice 6.07%股权,致使Lattice的股票股价大涨18%;2016年11月3日, Lattice被Canyon Bridge 以13亿美元收购,致使Lattice股价暴涨近20%,但此次收购最终被特朗普叫停,目前还在持续关注最新进展。Canyon Bridge Capital Partners创始人周斌(Benjamin Chow)正面临起诉。

     

     

    公司名称:Microsemi

    总部:美国加利福尼亚州尔湾市

    官网:http://www.latticesemi.com/zh-CN

    2010年10月,美高森美(Microsemi)宣布,与爱特公司(Actel Corporation)达成最终协议,以每股20.88美元的现金邀约收购爱特公司。收购Actel后,美高森美一路走高,成为FPGA市场四大巨头之一。

    美高森美在业内久负盛名,因为该公司是美国国防军工FPGA器件顶级供应商,每年都会出现在美国国防预算名单中,在高可靠性应用领域有出众且独特的芯片制造工艺技术,美国航空航天市场的FPGA电子器件几乎由其一家承包,军工方面有赛灵思和altera竞争。

    美高森美主要产品包括:SMSC芯片、桥式整流器、三相整流桥、二极管整流模块、单相整流模块、三相整流模块、高压硅堆、快恢复整流模块、晶闸管模块及其它半导体器件和芯片。产品达到美国军用/航空二极管标准,主要出口美国、广泛应用于移动通信、计算机及周边设备、医疗器械、汽车、卫星、通讯及军用/航天等领域。

    另外,美高森美在中国上海有一家制造工厂。集团于2017年3月21日在纳斯达克发布上市公司公告称,正式宣布基于集团公司战略发展方向调整的原因,开始关闭其在中国的生产设施。

     

     

    公司名称:Achronix

    总部:美国

    官网:https://www.achronix.com/

    Achronix半导体公司是一家提供高性能,高密度FPGA方案的美国高科技公司。公司拥有两个主要产品线。其中一个商业FPGA线被命名为Speedster,这款产品系列的最高频率将达到1.5GHz,要比其他所有FGPA的频率都快。Speedster和Achronix公司的其他产品线,可适用于高辐射和恶劣温度等环境,利用该公司的专利技术picoPIPE,可使得传统的FPGA的吞吐量额外增加两倍。

    Archronix目前有三个产品系列:独立芯片,嵌入式FPGA内核,和客户的芯片进行组合封装。

    Achronix公司不久前推出了定制化的custom blocks(定制单元块)。名为Speedcore Custom Blocks的IP新产品可加速数据密集的人工智能(AI)/机器学习、5G移动通信、汽车先进驾驶员辅助系统(ADAS)、数据中心和网络应用。

    Achronix将在2017年实现强劲的销售收入和业务量增长,预计2017年第四季度完成后,销售收入将超过1亿美元。其中,Speedcore是三种产品中增速最快的产品。2016年10月第一次向媒体发布,目前在公司营收中占25%份额,预计未来三年内将为公司整体利润贡献50%。

    Achronix作为FPGA的后来者,今年也要跨入1亿美元俱乐部。新产品Speedcore 推出一年已占营收1/4,未来三年将占半壁江山。在夹缝中生长,Achronix的商业模式就是不走寻常路。

     

     

    公司名称:QuickLogic

    总部:美国加利福尼亚州尔湾市

    官网:http://www.latticesemi.com/zh-CN

    QuickLogic Corporation (NASDAQ: QUIK) 是协助 OEM厂商延长电池续航力,以针对智能型手机、穿戴式及物联网(IoT) 装置达到高差异化、身历其境的使用者体验的一家公司。QuickLogic透过领导业界的超低功耗客户可编程SoC半导体解决方案、嵌入式软件、以及针对always-on语音及传感器处理之算法方案提供相关优势。该公司的嵌入式FPGA 方案同样让 SoC 设计者可简单地进行生产后的变更,并透过将硬件可编程能力提供至其终端产品而提高营收。

    QuickLogic的产品线主要包括:存储,为厂商制作控制器;网络:包括USB、WiFi、SPI等多种接口控制;图形及影像处理优化;智能及安全几部分组成。

    QuickLogic公司主要从事客户定制化标准产品,英文简称CSSP。以下有几个案例:

    2011年10月,QuickLogic宣布推出一个新的用于PolarPro ®平台系列应用的解决方案,该解决方案让PolarPro ®平台把应用处理器上的SDIO端口连接到高通公司的调制解调器芯片组的EBI2接口上。这种新的应用解决方案为移动和手持设备设计师提供了一个低成本、低功耗、易于使用的方案,以取代USB端口这类通用接口。

    2015年8月,QuickLogic公司推出新的EOS S3处理系统。EOS平台中整合了一种革命性的架构,因而可以实现行业中最先进、计算功能最密集的传感器应用系统,而功耗比竞争对手的技术低很多。EOS平台的独特好处是其中有2800个有效的在线可重复编程逻辑单元,当客户为了把产品设计得有特色需要增加FFE或者客户专用硬件时,可以使用这些逻辑单元。

    2017年9月,中芯国际与QuickLogic共同宣布,基于中芯国际40纳米低漏电 (40LL) 工艺,QuickLogic推出ArcticPro 嵌入式 FPGA (eFPGA)技术。QuickLogic的高级架构、成熟软件和IP 生态系统与中芯国际40LL工艺相结合,为SoC设计人员提供了易于实施、高可靠性和极低功耗的eFPGA 解决方案。ArcticPro eFPGA技术如今已应用于各种领先工艺中,是业界首个在中芯国际40LL技术节点上提供的eFPGA IP。

    国外四大FPGA巨头概况

    FPGA霸主赛灵思与阿尔特拉对比

    国内FPGA厂商(排名不分先后):

    与国际上巨头的兼并和退出相反,近些年国内陆续诞生了一些FPGA设计公司,且有蒸蒸日上的趋势,但在市场份额及技术方面和国际巨头差距非常大,还远未达到挑战领先巨头的实力。

     

     

    公司名称:深圳市国微电子股份有限公司

    总部:中国深圳

    官网:http://www.ssmec.com/

    深圳市国微电子有限公司成立于1993年,是首家启动的国家“909”工程的集成电路设计公司。主要从事特种行业集成电路的研发、测试和销售,并提供系统集成解决方案,是国内最大的特种行业集成电路供应商。

    公司拥有特种微处理器、特种存储器、特种可编程器件、特种总线、特种接口驱动、特种电源管理和特种定制芯片七大产品方向200余款产品,同时可以为用户提供ASIC/SOC设计开发服务及国产化系统芯片级解决方案。2012年底完成与上市公司紫光国芯股份有限公司(股票代码:002049)重组工作,成为紫光国芯的全资子公司。

    公司目前硬件设计平台包括SUN公司的服务器及HP服务器工作站群,同时并配备有先进的EDA软件、测试系统。掌握了数字逻辑(Digital)、模拟混合(Mixed-Signal)芯片的设计方法和设计流程。在高性能微处理器、高性能可编程器件、存储类器件、总线器件、接口驱动器件、电源芯片和其它专用芯片等领域具有芯片设计能力以及相应整机产品的应用方案开发能力。

    开发出完整的基础单元库,积累了丰富的IP核,如32位嵌入式微控制器核、嵌入式FPGA、高速SERDES等。拥有65纳米以上CMOS、0.18微米EEPROM/Flash、0.35微米BCD、2.0微米Bipolar工艺制程的IC设计成功经验,可提供数字、数模混合等专用芯片设计服务。

     

     

    公司名称:西安智多晶微电子有限公司

    总部:中国陕西

    官网:http://www.isilicontech.com/

    西安智多晶微电子有限公司,Xian Intelligence Silicon Technology, Inc. (XiST) ,自2012年成立以来,智多晶一直专注于可编程逻辑电路器件技术的研发生产,遵循公司CEO贾红先生提出的经营理念——“做国内顶尖的FPGA设计公司,成为国内最受人尊敬的企业”。公司主营业务为研发、生产、销售可编程集成电路、设备、芯片、可编程系统设计平台、软件、并且针对目标市场的需求,开发代码和IP、提供终端客户完整解决方案。

    公司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。智多晶现有产品Seagull 1000系列、sealion2000系列及在研seal 5000系列,智多晶的产品得到业界的广泛好评,并已应用到民用市场、安防和国防建设的多个领域,其中sealion2000系列12K产品出货量已达到百万片。

    智多晶核心团队组合汇集美国硅谷及中国等地各方面的人才,具有20年以上的集成电路产品研发和应经验。积累了丰富的和系统的可编程电路研发专有技术群。团队曾经开发了好几代的可编程逻辑电路芯片制造工艺,成功地推出世界一流的可编程逻辑电路芯片。为前公司创造了每年10亿的产值。是全世界除了四家美国公司之外,第五个跨过技术门槛的团队。

     

     

    公司名称:广东高云半导体科技股份有限公司

    总部:中国广东

    官网:http://www.gowinsemi.com.cn/

    高云半导体于 2014 年1月成立,公司以国产现场可编程逻辑器件(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,打造高端集成电路领域的民族品牌,发展成为中国集成电路行业的骨干企业之一。

    公司科研实力雄厚,打造了一支具有极强的自主创新研发能力的科研团队,建设有上海、济南两个产品开发中心和美国硅谷的前沿技术研发中心,研发团队规模近百人,70%以上具有硕士及以上学历,核心研发人员平均从事核心FPGA软件、硬件技术开发超过15年以上,入选省市各类高层次人才计划十余人。

    高云半导体自成立以来,坚持正向设计,历经三年厉兵秣马,先后推出了晨熙、小蜜蜂两个家族、4个系列FPGA产品,涵盖了11个型号、50多种封装的芯片,一跃成为国产FPGA领导者。其中国产自主可控关键元器件55纳米工艺FPGA芯片于2015年获得广东省高新技术产品荣誉称号。

    10月26日,广东高云半导体科技股份有限公司发布了小而专的GW1NS-2 SoC、高精尖的GW3AT高性能FPGA和RISC-V平台化产品。

     

     

    上海安路信息科技有限公司

    总部:中国上海

    官网:http://www.anlogic.com/

    上海安路信息科技有限公司成立于2011年,总部位于上海。公司专注于为客户提供高集成度、高性价比的可编程逻辑器件、可编程系统级芯片、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。

    公司创始人及核心团队来自海外高级技术管理人才、国外FPGA公司产品开发骨干以及学术界资深FPGA科研人员组成。公司研发团队70%具有硕士或博士学位,多数毕业于复旦、交大、UCLA、UIUC等国内外高校。核心团队大都在世界著名的FPGA公司和EDA公司中从事过10年以上高级技术研发和管理工作,参与开发了多款世界领先的FPGA 芯片和最好的EDA 开发系统。

    安路科技已量产ELF和EAGLE等系列自主知识产权可编程逻辑器件产品,相比国外同类芯片,提供更多资源、更高性能、更优性价比。公司开发的全流程TD软件系统和硬件芯片完美地结合在一起,提供了用户从前端综合到位流生成和片上调试的完整开发平台。公司在核心架构、软件算法和系统集成方面拥有多项技术专利。

    安路科技根植中国,面向世界,积极参与国际竞争,努力成为中国可编程逻辑器件产业的主导企业和世界可编程逻辑器件解决方案的主要供应商。

     

     

    深圳市紫光同创电子有限公司

    总部:深圳

    官网:http://www.pangomicro.com/

    深圳市紫光同创电子有限公司(原深圳市同创国芯电子有限公司)成立于2013年,注册资本人民币15000万元,是上市公司紫光国芯股份有限公司旗下公司。紫光同创总部设在深圳,同时在上海漕河泾新兴技术开发区和北京海淀区分别设有分公司。2016年6月,公司由原深圳市同创国芯电子有限公司更名为深圳市紫光同创电子有限公司。

    公司核心团队均来自国外知名FPGA厂商,具有超过10年的FPGA研发和产业化经验,公司承接多项国家核高基课题任务,拥有近200项FPGA领域自主产权专利。公司主要产品为高性能可重构系统芯片,产品主要应用于各类通信设备、终端设备、工业控制设备。

    2017年10月,在IC China 展会上展示了Titan系列高性能FPGA、Logos系列高性价比FPGA、PGX系列高集成度SoPC、产品开发板卡等产品,并展示了可编程网络处理平台的国产领先解决方案。

     

     

    上海遨格芯微电子有限公司(AGM)

    总部:中国上海

    官网:http://www.alta-gate.com/

    AGM在杭州、上海和北京设有办公室,自公司2012年创办以来,始终专注于研发自主知识产权的FPGA核心软件和硬件技术。已经推出三个系列的CPLD、FPGA、Programmable SoC产品进入量产,已得到多家知名厂商认证,在多元化的市场量产出货,是首家得到国内商用市场认可的国产FPGA供应商,并通过三星供应商认证的产品。

    AGM在软件和电路上拥有自主知识产权,在产品方面目前走的是兼容主流大厂并软硬件生态不变的路线,在芯片内部接口兼容主流厂商器件,PCB板级可以直接替换并用AGM编译软件导入烧写。

     

     

    京微雅格(北京)科技有限公司

    总部:中国北京

    官网:http://www.capital-micro.com/

    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,经过10年的技术积累,目前拥有90多项已授权专利,开发出CME C系列、M系列、R系列、P系列产品,并在国内从事FPGA开发的公司中处于领先地位,最新发布的CME-C1的容量达2000万门级别,采用台积电的40nm CMOS工艺流片,已经可以在中低端市场局部实现对国外FPGA的替换。

    日前,集成电路设计公司京微雅格经营上遭遇困境在行业界引发不小的震动。2014年,这家公司承接了国家科技重大专项FPGA研发与产业化应用,致力于在通信、工业、航天、国防、消费电子等领域广泛应用的FPGA自主研发。然而有消息称京微雅格公司负债3000万,并拖欠员工两个月的薪资,经历资金困难,股权重组后,有消息传出京微雅格已经“倒闭”,虽然京微后来出面澄清公司只是经营遇到了困难并非真的倒闭,但这一传言还是给整个行业带来不小的震动。

    三、FPGA市场现状

    当今,半导体市场格局已成三足鼎立之势,FPGA,ASIC和ASSP三分天下。市场统计数据表明,FPGA已经逐步侵蚀ASIC和ASSP的传统市场,并处于快速增长阶段。

    在全球市场中,Xilinx($233.7100)、Altera两大公司对FPGA的技术与市场仍然占据绝对垄断地位。两家公司占有将近90%市场份额,专利达6000余项之多,而且这种垄断仍在加强。同时,美国政府对我国的FPGA产品与技术出口进行苛刻的审核和禁运,使得国家在航天、航空乃至国家安全领域都受到严重制约。因此,研发具有自主知识产权的FPGA技术与产品对打破美国企业和政府结合构成的垄断,及国家利益意义深远。

    全球FPGA市场几乎被xilinx和Altera垄断

    FPGA国内现状

    目前中国IC厂商在FPGA这个细分领域和国外巨头的差距远远比其他领域要大。

    FPGA技术门槛非常高,核心技术只掌握在及其少数的公司手上,而且xilinx和atlera手头握有6000多项专利,对后进者形成很高的技术壁垒,国内厂商要么和国外巨头专利交叉授权,要么花钱买专利,但当前我们并没有多少专利可以和xilinx和altera进行交叉许可,购买难度更大,这不仅仅是资金的问题。从canyon bridge收购lattice被美国否决来看,凡涉及到美国国家安全的高新技术公司,我国是不可能通过收购来获得的,lattice在行业内充其量是第二团队尚且如此,业界领先的企业我国更难获得。

    国内FPGA的发展只能靠自主,虽然这个过程可能会很漫长,但除此之外没有更好的选择。芯片的自主设计是实现信息安全的最底层保障。这也是为什么与信息处理相关的基础芯片(手机芯片、PC处理器等)需要实现自制的原因。在目前FPGA的技术和供给几乎全部来源于美国,包括欧洲和日本等技术强国也没有掌握到核心技术。

    对于中国而言,国家促进集成电路发展已经提升至国家战略。同时特殊的应用场景(军工、导弹、航天航空)的要求的FPGA,国外对中国是禁运的,这也从另一方面促成国内FPGA自制的契机。目前,国内生产的FPGA主要用于军工、通讯、航空航天等领域。

    在民用领域,国内是FPGA需求最大的市场,现在Xilinx、Altera最大的客户就在中国,通讯市场华为中兴烽火包揽了全国60%以上的量。中国FPGA的发展红利在于需求市场足够大,有需求就要有相应产品来支持。这对于国内厂家就是机会,目前,同方国芯片已经和华为中兴合作,想实现一部分的国产替代。

    最后,从技术角度来说,我们已经不像10年前基本不懂核心技术。国内半导体产业链的不断成熟完善,以及芯片设计能力的不断加强,我们自己可以自主设计和流片ARM架构的手机CPU(海思麒麟、大唐联芯),并成功实现商业化,这在10年前都不敢相信。在我们在过去积累的技术沉淀和创新能力,已经使得我们在FPGA的特定应用领域(军工、通讯)实现一定程度上的自我供给。未来也可能类似于CPU+FPGA用于云数据中心节中,这些应用领域都是信息高度敏高的地方,使用自主设计的芯片更能实现安全可控。

    人才需求

    中国每年对于FPGA设计人才的需求缺口巨大,FPGA设计人才的薪水也是行业内最高的。目前,美国已有FPGA人才40多万,中国台湾地区也有7万多,而中国内地仅有1万左右,可见中国渴望有更多的FPGA人才涌现出来。 

    四、FPGA的未来

    作为一种可编程逻辑器件,FPGA在短短二十多年中从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心。伴随半导体工艺技术的进步,FPGA器件的设计技术取得了飞跃发展及突破。通过FPGA器件的发展历程来看,今后仍将朝下以下几个方向发展:

    · 高密度、高速度、宽频带、高保密;

    · 低电压、低功耗、低成本、低价格;

    · IP软/硬核复用、系统集成;

    · 动态可重构以及单片集群;

    · 紧密结合应用需求,多元化发展。

    此外,集成了FPGA 架构、硬核CPU 子系统(ARM/MIPS/MCU)及其他硬核IP 的芯片已经发展到了一个“关键点”,它将在今后数十年中得到广泛应用,为系统设计人员提供更多的选择。例如,以应用为导向,在受专利保护的FPGA平台架构上无缝集成特定功能模块,以形成具备行业竞争优势(高性价比)的独特产品。

    从技术上来看,GPU、FPGA 和 ASIC 都各有千秋。从实际应用来看,GPU 拥有最完善的生态系统支撑,具有较大的先发优势。

    人工智能在推理环节应用刚起步,云端要比前端设备发展速度更快。下面我们将重点讲述一下云端数据中心的应用。在数据中心,FPGA 使用日益广泛,而 ASIC 路线风险太高,目前仅有谷歌批量部署了 TPU。

    FPGA 已在全球七大数据中心实际部署

    FPGA 最大的优点是动态可重配、性能功耗比高,非常适合在云端数据中心部署。

    当在数据中心部署之后,FPGA 可以根据业务形态来配臵不同的逻辑实现不同的硬件加速功能。以腾讯云为例,当前服务器上的 FPGA 板卡部署的是图片压缩逻辑,服务于 QQ 业务;而此时广告实时预估需要扩容获得更多的 FPGA 计算资源,通过简单的 FPGA 重配流程,FPGA 板卡即可以变身成“新”硬件来服务广告实时预估,非常适合批量部署。

    FPGA 的性能功耗比显著高于 GPU。以普遍使用在服务器中的 FPGA型号 A10GX660 为例,性能/功耗能达到 45GFLOPS/W,而对应的 GPU 型号 M4,性能/功耗能达到29GFLOPS/W。依次测算 FPGA 性能功耗比要高 50%。

    近两年,全球七大超级云计算数据中心包括 IBM、Facebook、微软、AWS 以及 BAT都采用了 FPGA 服务器。在这方面,中国和美国处以同一起跑线。

    大超级数据中心都采用了 FPGA

    行业发展趋势:FPGA 大有可为

    比使用现状更重要的是未来的技术和产业发展趋势。从行业发展趋势来看,FPGA 潜力被低估了,未来大有可为。具体如下:

    算法正在快速迭代中

    人工智能算法正处于快速迭代中。虽然 ASIC 芯片可以获得最优的性能,即面积利用率高、速度快、功耗低;但是 AISC 开发风险极大,需要有足够大的市场来保证成本价格,而且从研发到市场的时间周期很长,不适合例如深度学习 CNN 等算法正在快速迭代的领域。因此,推出 ASIC 芯片风险非常高,且成本太高,只有谷歌等极少数公司敢于尝试。

    更重要的是,当前人工智能算法模型的发展趋势是从训练环节向推理环节走,这个过程非常有利于 FPGA 未来的发展。人工智能算法模型从训练环节走向推理环节并不是简单搬运过去。训练出来的算法模型往往规模太大,复杂度太高,无法直接部署实际应用。现在,人工智能算法模型研究的重要趋势就是将训练后的模型再进行压缩,在基本不损失模型精度的情况下,将模型压缩到原来的几十分之一,再应用到推理环节。

    模型压缩是从训练环节走向推理环节的必要过程

    以深鉴科技的研究成果为例,公司发布的论文《ESE: Efficient Speech Recognition Engine with Sparse LSTM on FPGA》指出,长短期记忆网络(LSTM)被广泛用于语音识别领域。为实现更高的预测精度,机器学习研究者们构建了越来越大的模型。然而这样的模型十分耗费计算和存储资源。部署此类笨重的模型会给数据中心带来很高的功耗,从而带来很高的总拥有成本(TCO)。

    公司提出了一种可以在几乎没有预测精度损失的情况下将 LSTM 模型的尺寸压缩 20 倍(10 倍来自剪枝和 2 倍来自量化)的负载平衡感知剪枝(load-balance-aware pruning)方法。

    最后,它们设计了一种可以直接在这种压缩模型上工作的硬件框架—Efficient Speech Recognition Engine (ESE)。该框架使用了运行频率为 200MHz 的 Xilinx XCKU060 FPGA,具有以 282 GOPS 的速度直接运行压缩 LSTM 网络的性能,相当于在未压缩 LSTM 网络上 2.52TOPS 的速度;此外,该框架执行一个用于语音识别任务的全 LSTM 仅需 41W 功耗。在基于 LSTM 的语音基准测试中,ESE 的速度为英特尔 Core i7 5930k CPU 的 43 倍,英伟达 Pascal Titan X GPU 的 3 倍。它的能量效率分别为以上两种处理器的 40 倍和 11.5 倍。

    这篇论文验证了我们上述观点:

    人工智能算法正处于快速迭代中。公司提出的新算法,可以在几乎没有预测精度损失的情况下将 LSTM 模型的尺寸压缩 20 倍(10 倍来自剪枝和 2 倍来自量化)。在算法能够带来数量级的性能提升下,想要将算法固化在 ASIC 中来获得效率提升的想法是不切实际的。

     

    采用了搭建在 FPGA 上的硬件框架 ESE,获得了高一个数量级的能量效率提升。ESE 的速度为英特尔 Core i7 5930k CPU 的 43 倍,英伟达 Pascal Titan X GPU 的 3 倍。它的能量效率分别为以上两种处理器的 40 倍和 11.5 倍。采用 FPGA 搭建硬件框架充分发挥了 FPGA 万能芯片的特性,性能远超 GPU 等。

    芯片 NRE 费用在指数级上升

    集成电路行业的特点是赢家通吃,像 CPU 处理器,只有英特尔一家独大,门槛极高。而随着芯片制程工艺的提升,芯片 NRE 费用呈现指数级上升。这样导致的结果是需要收回成本的芯片销售规模门槛越来越高。市场上能够满足如此大市场规模要求的单品是非常少的。

    芯片设计成本随着制程提升呈指数级上升

    而 FPGA 则可以受益于指数级成本上升带来的规模效应。因为 FPGA 的 NRE 成本可以摊到上千个小项目上,从而让每个项目只分担几十万美元的 NRE。比如开发一款 14nm 的 FPGA,假设需要一亿美元,其性能可以达到 45nm ASIC 的水平。然后有 1000 个有 45nm 工艺要求的项目可以采用该 FPGA 来解决问题,他们支付不了45nm 工艺数千万美元的 NRE,但是通过分摊的方式每家支付几十万美元可以使用14nm 的 FPGA 产品。

    因此,随着芯片 NRE 费用指数级上升,越来越多的 ASIC 芯片将由于达不到规模经济而被迫放弃,从而转向直接基于 FPGA 开发设计。而 FPGA 可以受益于指数级成本上升带来的规模效应。

     

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  • 国产FPGA市场分析 该如何破局

    千次阅读 2018-08-27 07:40:05
    我作为IC产业的逃兵,最近也在思考很多的问题,包括资本市场、集成电路行业和研究所的一些不成熟的想法。  2008年进入华中科技大学电子系,中科院半导体所毕业后进入联发科从事手机芯片开发(没错,就是卖的不怎么...


    2018年上半年对于中国半导体行业而言是多事之秋,发生了几件让国人深入思考的大事。我作为IC产业的逃兵,最近也在思考很多的问题,包括资本市场、集成电路行业和研究所的一些不成熟的想法。

      2008年进入华中科技大学电子系,中科院半导体所毕业后进入联发科从事手机芯片开发(没错,就是卖的不怎么好的X30)。离开MTK之前有一段小插曲,招我进联发科的老大后来自己出来创业做安防芯片,当时喊我去他的团队,其实从一个技术员工或者说前途上看,选择前老大公司是确定无疑最好的出路(优秀的老大,出色的技术,看得见估值增长)。不过我最后还是选择了成为二级狗,整个芯片行业其实对于技术人员的需求量还是非常高的。

      我想把芯片行业分为几个类别:数字芯片、模拟芯片、射频芯片以及FPGA分开来说说,希望自己在总结知识的同时有机会和大家多多沟通交流。

      今天先就从FPGA开始说起吧。

      FPGA——现场可编程门阵列,是指一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元,完成既定设计功能的数字集成电路。换个简单通俗的介绍方式,就好比一个全能运动员,游泳如孙杨、跨栏像刘翔、网球能力堪比李娜,FPGA就是这么神奇的可以通过设定而实现各种复杂的功能电路。FPGA的核心优点:可编程灵活性高、开发周期短、并行计算可编程灵活性高。同时FPGA也有自身的很多需要解决的问题,FPGA限制因素:成本、功耗和编程设计。


      市场空间:

      根据权威市场调研机构Gartner数据显示,2014年全球FPGA市场总规模达到50亿美金,其中,中国的市场份额有15亿美金,中国市场占全球市场的三分之一。分析机构预计2015年至2020年全球FPGA市场的年复合增长率为9%,到2020年全球FPGA 市场规模将达84亿美金。

      具体细分领域来看,在FPGA被用于深度学习之前,FPGA主要有3大应用方向:(1)通信设备的高速接口电路设计,FPGA可以用来做高速信号处理,一般如果AD采样率高,数据速率高,这时就需要FPGA对数据进行处理,比如对数据进行抽取滤波,降低数据速率,使信号容易处理,传输,存储;(2)数字信号处理方向/数学计算方向,包括图像处理,雷达信号处理,医学信号处理等,优势是实时性好,用面积换速度,比CPU快的多;(3)SOPC,即利用FPGA这个平台搭建的一个嵌入式系统的底层硬件环境,然后设计者在上面进行嵌入式软件开发。

      FPGA国际市场

      1984年Xilinx刚刚创造出FPGA时,它还是简单的胶合逻辑芯片,而如今在信号处理和控制应用中,它已经取代了自定制专用集成电路(ASIC)和处理器。短短30年的历史长河中,超过上百家行业巨头杀入这个市场,不过最后大部分都铩羽而归。这些公司包括了Intel、Philips、Agere Systems、AMD以及摩托罗拉等国际知名的芯片设计厂商。这是因为,赛灵思和Altera在这个领域深耕几十年,两家持续不断地军备竞赛,占据了90%市场,提前布局的专利保护对后来者形成了强大的市场壁垒,几乎封锁了所有通向FPGA商用产品的通途。而Microsemi和latTIce,QuickLogic曾经挑战他们的霸主地位,但是他们的市场份额加起来也不到10%。而最后也因为种种原因市场份额不断下滑,并没有实现对双寡头的突破和挑战。

      可以说,FPGA是全球芯片设计业最需要技术和垄断突破的产品之一,在所有的芯片领域中属于最难以突破和打破格局的技术产品。

      Xilinx:发明的FPGA颠覆了半导体世界,创立了Fabless(无晶圆厂)的半导体模式。Xilinx的产品组合融合了 FPGA、SoC 和 3DIC 系列 All Programmable 器件,以及全可编程的开发模型,包括软件定义的开发环境等。产品支持 5G 无线、嵌入式视觉、工业物联网和云计算所驱动的各种智能、互连和差异化应用。2014年12月,Xilinx的20nm芯片实现量产,2015年Xilinx紧接着推出新的16nm FPGA和SoC,并采用新型存储器UltraRAM,因此继28nm和20nm之后,继续在行业中保持领先。公司产品纵向布局各个制程,因为20nm、28nm、40nm等制程的产品会在市场共存,以满足复杂度不同的各种应用。

      Altera:是世界上“可编程芯片系统”(SOPC)解决方案倡导者。结合带有软件工具的可编程逻辑技术、知识产权(IP)和技术服务,在世界范围内为14,000多个客户提供高质量的可编程解决方案。2015年,英特尔宣布以167亿美元收购FPGA厂商Altera。这是英特尔公司历史上规模最大的一笔收购。随着收购完成,Altera将成为英特尔旗下可编程解决方案事业部。在和Xilinx的制程战之争中,两家巨头各领风骚,Altera路线图中,最近的产品系列"Cedar"(替代Cyclone)采用了台积电16nm工艺将在2016年上半年交付使用。"Oak"系列采用英特尔的14nm工艺,于2016年下半年交付,"Sequoia"采用英特尔的10nm工艺,将于2018年上市Altera将赢得10nm工艺节点之战。

      LatTIce:LatTIce(是全球智能互连解决方案市场的领导者,也是全球第二大FPGA厂,提供市场领先的IP和成本低、功耗小、小尺寸的器件。产品主要有三大块:可编程逻辑;视频传输;毫米波解决方案。公司的最终用户主要是通讯、计算机、工业、汽车、医药、军事及消费品市场的原始设备生产商。在双大哥的夹击之下,LatTIce的路也是走的越发艰难,在中高端市场难以与前两者抗衡。

      中国的破局

      紫光集团想通过购买Lattice快速发展,受到美国外国投资委员会(CFIUS)的审查和特朗普政府的反对后收购以失败告终。那对于国内FPGA如何破局,如何发展,在无法通过外延引入技术的条件下,国内也只能通过人研发和技术积累打破当前的这种格局。

      京微雅格:公司聚集了最早在FPGA行业耕耘与尝试的一批技术精英,他们采用了SoC FPGA的战略,片上整合了DSP、Memory、MCU等单元的CME-GM7系列,试图通过整合的优势打破FPGA市场的壁垒。这个公司实际上有两条产品线:1、自身从头研发的,面向中低端市场的金山系列;2、收购美国CSwitch的产品线,面向高速通信市场。

      产品型号:M7华山系列;HR3纯FPGA低功耗系列;M5金山系列;M1衡山系列。

      不过比较可惜是,在特定的国内行情和市场环境下,公司在发出自己最强音后也由于种种原因走入困境,让自己举步维艰。FPGA对技术支持的门槛相当高,由于京微雅格没有办法做到Pin-Pin,所以需要每一个产品都要有技术工程师保持长时间的维护和跟进,但是产品的成功率还可能不到10%,这样的市场环境下,公司会陷入一种非常被动的局面,长时间的战略失误让京微雅格陷入了人才、资本和发展僵局。

      京微雅格的失败有很多值得思考的地方,FPGA产业的成功不仅在产品,还在于产品线的生态系统平台建设。这个生态系统平台包括:FPGA芯片、EDA工具、IP库……缺一不可。完善的生态系统能够提供给用户更全面的设计资源,从而突出系统优势,迅速适应各种市场应用变化,快速抢占市场高地。同时,市场上的认可是决定芯片厂商能不能在高速的产品迭代中实现技术和资金的积累的重要因素,任何不被市场接受的高性能产品都是失败的。

      黄埔军校之后的国内格局

      京微雅格在FPGA上的努力和成果给了本土后继者很大的动力;京微雅格很多的技术研究人员在进入了后续成立的上海安路科技,AGM和高云半导体团队里。也就是说,京微雅格在中国FPGA领域的开山鼻祖一样的存在使得散乱后的技术人才分散都国内其余的公司中,成为了人才与技术的黄埔军校。

      高云半导体:高云半导体的CEO朱璟辉和SVP宋宁都来自于Lattice团队,尤其是朱璟辉,从清华大学毕业后,1996年-2011年任职Lattice,历经七代FPGA产品的研发,曾获得11项美国专利,5项中国专利,目前还是科技部863计划的可编程器件重大专项的技术负责人。而另一个核心人物宋宁除了任职Lattice高工,还任职过Cadence高工。目前负责高云半导体FPGA全流程软件开发,对FPGA架构、硬件设计、软件研发同步开发有独到经验。所以,Synopsys为高云提供前SynplifyPro高云版端软件软件,也是中国唯一由新思授权的FPGA前端软件。

      低密度非易失性FPGA已经完全取代传统CPLD,并成为低密度FPGA市场的绝对主力,每年约5亿美元的市场销量。可以说,高云半导体切入和对标的是Altera MAX V10和Lattice XO2/3;100万门-500万门易失性FPGA产品,采用台积电55nm基于SRAM,可与Xillinx Spartan及Altera Cyclone系列PK。近日,高云宣布研发成功了GW3AT-100,这是国内首款28纳米中高密度FPGA,由台积电代工。

      上海安路科技:上海安路信息科技有限公司成立于2011年,总部位于浦东张江,创始人为文余波。公司创始人及核心团队来自海外高级技术管理人才、国外FPGA公司产品开发骨干以及学术界资深FPGA科研人员组成。公司研发团队60%以上是复旦、交大、UCLA、UIUC等国内外高校的硕士或者是博士,具有很强的研究能力和设计水准。核心工作成员大多数在世界前五的FPGA公司和EDA公司中从事数十年以上技术研和管理工作,参与开发了多款世界领先的FPGA 芯片和最好的EDA 开发系统。安路当前已经形成了从小规模CPLD(Elf-300、Elf-650)到2百万门FPGA(EG-4、AL3-6、AL3-10、AL3-S10、EG-20、EG-D20)的系列器件,以及一颗已经实际应用了的千万门级FPGA IP核(AL3-130)。华大半导体入股之后,其作为国内最大的国产EDA软件商华大九天与作为自主FPGA厂商安路科技,双方在EDA工具上的合作空间,包括互补性上,都具有很大的想象力。

      AGM: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芯片企业的团队和国内资深工程团队创办。AGM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。

      同创国芯:国产化替代率最大,利润最高的军工院所应用市场,基本上被同创国芯(深圳国微)垄断。连当年的竞争对手成都华微,也是基本没有了声响。而且,同创国芯的民用拳头产品Titan PGT30G已量产,该系列芯片可编程逻辑器件采用了完全自主产权的体系结构和主流先进制造工艺,带有DDR3和PCIe接口,是国内少有的千万门级FPGA。另外采用了台湾联华UMC代工先进的40nm制程,在国内领先。正在中兴通讯,烽火通信试用。

      FPGA行业的发展靠自力更生

      国内FPGA的发展只能依靠自主,这个必然需要漫长的等待和尽心的呵护,但除此之外没有更好的选择。芯片的自主设计是实现信息安全的最底层保障。这也是为什么与信息处理相关的基础芯片(手机芯片、PC处理器等)需要实现自制的原因。在目前FPGA的技术和供给几乎全部来源于美国,包括欧洲和日本等技术强国也没有掌握到核心技术。

      对于中国而言,国家促进集成电路发展已经提升至国家战略。同时特殊的应用场景(军工、导弹、航天航空)要求的FPGA是涉及到国家安全和领土安全的,对芯片的要求也会比较严谨,但这一块本身高性能的产品国外对中国是禁运的,这也从另一方面促成国内FPGA自己满足的契机。目前,国内生产的FPGA主要用于军工、通讯、航空航天等领域。

      在民用领域,国内是FPGA需求最大的市场,现在Xilinx、Altera最大的客户就在中国,通讯市场华为中兴烽火包揽了全国60%以上的量。同时人工智能芯片需求的高速并行计算对FPGA芯片的需求也在几十亿美元的数量级,而国内是人工智能高速芯片发展最快,需求最大的市场。中国FPGA的发展红利在于需求市场足够大,有需求就要有相应产品来支持。这对于国内厂家就是机会,目前,同方国芯片已经和华为中兴合作,想实现一部分的国产替代。

      最后,从技术角度来说,我们已经不像10年前基本不懂核心技术。国内半导体产业链的不断成熟完善,以及芯片设计能力的不断加强,我们自己可以自主设计和流片ARM架构的手机CPU(海思麒麟、大唐联芯),并成功实现商业化,这在10年前都不敢相信。在我们在过去积累的技术沉淀和创新能力,已经使得我们在FPGA的特定应用领域(军工、通讯)实现一定程度上的自我供给。未来也可能类似于CPU+FPGA用于云数据中心节中,这些应用领域都是信息高度敏高的地方,使用自主设计的芯片更能实现安全可控。

      后面,我还要说说我和IC界的朋友交流和我自己的一些感悟。

      1.大家为什么对于技术的追求会停留下来。因为对于很多人来说,等到技术产生产品并融到资金后,实现技术积累到资本积累了。技术再产生的价值短时间内比资本产生的价值会慢很多,多数人会从技术上转向资本市场。这样一遍遍反反复复,所以能看到在技术达到一定的平台后会长时间的原地踏步,后来者也会跟随前面人的脚步。

      2.所谓的产业扶持,切不可本末倒置和打着旗帜反革命。芯片不简单的是需要资本的支撑,因为不完善与不合理的资本炒作反而会使的行业在潮水退去后一地鸡毛。芯片更多的属于技术积累型行业,所有的产品和参数都需要技术员工在工作中不断地去突破和思考,而对于这样一群工程师来说,报酬如果不匹配劳动支出,行业内的技术人才出走与流失是再自然不过的事情了。因此,产业的扶持不仅仅是资本对公司层面的支撑,更需要落实到一个个基层中的技术员工。

      3.芯片行业起步容易,往上层走会很难。芯片做到一定程度后,不再是简单的技术积累能解决的,一定需要对物理和数学有比较深的认知,在整个高的角度去处理基础难点,而这对人才的需求地要求是非常高的。

      4.市场需求端,任何一种芯片从推出到应用,需要几代产品的更迭。国内芯片起步晚,产品性能和国外差距较大,因此会形成一种困局:国内应用端不用国内产品,国内产品更迭跟不上会导致公司倒闭或者产品无法持续更新。国外芯片行业干了几十年,技术路线上的坑和陷阱被先行者填补了很多,而芯片行业并不存在后发优势,之前别人留下的坑还会继续存在哪里,甚至还需要去避免国外厂商在探索过程中申请的成千上万的知识产权保护新增的坑。

      5.芯片行业的国产化任重而道远,我们需要在整个过程中慢慢的去探索。急功近利和空喊口号只不过给了投机分子空间可钻。呵护芯片行业同时也要提升技术人员的福利。

    文章来源:千家网

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    FPGA市场未来成长潜力

    本文来源:DIGITIMES 

    2014年FPGA市场规模为52.7亿美元,据Green Mountain Outlook报导,研调机构Global Market Insights的最新报告显示,FPGA市场在2015~2022年间将出现8.4%的年复合成长率,届时规模可望超过99.8亿美元。

    成长动能主要来自资料处理、汽车、工业和消费电子等不同终端使用产业增加的需求,其中又以智能型手机对市场的影响最大。此外,内建RAM的FPGA可增加执行讯号处理、影像增强等数码讯号处理(DSP)功能的效率,而平面显示器对于处理、显示面板应用、面板驱动程序、控制器、操作模式、电池管理使用的增加,也可望促进相关需求。

    这些产品应用于医学影像设备的比率增加也将有助FPGA市场规模的扩展。另一个主要贡献者则是汽车产业,像后视摄影机、信息娱乐系统及电动车都将使用愈来愈多的电子产品。

    电信业方面,随著3G和LTE等技术普及,对于带宽的需求也会增加,像Altera开发的集成式11.3Gbps收发器的FPGA便可满足下一世代讯框器、媒体存取控制(MAC)及100 Gigabit以太网络的桥接与交换应用。服务提供者致力于提升作业效率、降低网络部署成本、降低能源支出、增加干净能源使用等趋势,也有助推动FPGA市场成长。

    可能影响FPGA需求的因素则包括功能和功率等复杂的设计难题。然而随著这些产品在相机、携带式导航器和3D眼镜、沉浸式3D TV、3D头戴装置应用的增加,未来7年可提供不少成长潜力。

    2014年消费电子应用占FPGA营收的6.5亿美元,预计2015~2022的年复合成长率可达8.9%,主要动能来自手机、平板和MP3播放器。电信市场也可望出现年复合成长率9%的大幅成长,并于2022年达到34%的占有率。

    2014年亚太地区的FPGA市场估值已超过20亿美元,主要受惠于印度、中国、日本和韩国的消费电子、工业和汽车领域的持续成长。欧洲地区的年复合增长率将达到7.7%,当地对道路安全的重视可望带动区域性需求。

    FPGA市场的主要供应商为赛灵思(Xilinx)、英特尔(Intel)、Achronix Semiconductor、Atmel和赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)。其它竞争者还包括莱迪思半导体(Lattice Semiconductor)、德州仪器(TI)和高森美(Microsemi)。

    文章来源:DIGITIMES 

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