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  • DSP中的FPGA公司概述

    2020-10-23 09:37:36
    目前世界上有十几家生产CPLD/FPGA公司,最大的三家是:ALTERA,XILINX,Lattice,其中ALTERA和XILINX占有了60%以上的市场份额。  可编程逻辑器件 英文全称为:programmable logic device 即 PLD。 PLD是做为一种...
  • 本文主要介绍FPGA的语言与厂商:Verilog与VHDL;Altera、Xilinx和Lattice
  • FPGA的江湖内,你一定听说过Xilinx(赛灵思)和Altera(阿尔特拉)两家公司,两家巨头占据了大部分的市场份额。而Lattice和Actel只能在特殊领域保持一定的份额。但是随着FPGA市场风云变幻,并购事件层出不穷,连...
    今天给大侠带来了 FPGA 几大厂商介绍,话不多说,上货。有些大侠近期在学习 FPGA ,但是你知道FPGA 的几大厂商有哪些么,今天我们就来聊聊全球比较知名的 FPGA 几大厂商和国产 FPGA厂商。
     
    FPGA 的江湖内,你一定听说过 Xilinx (赛灵思)和 Altera (阿尔特拉)两家公司,两家巨头占据了大部分的市场份额。而Lattice Actel 只能在特殊领域保持一定的份额。但是随着 FPGA市场风云变幻,并购事件层出不穷,连巨头Altera 也被 Intel 收购了, Lattice 也收购了SiliconBlue。尽管如此,还有一家 Achronix FPGA 厂商依然不可小觑。 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。国内 FPGA 厂商目前有京微齐力、复旦微电子、紫光同创、高云半导体、安路科技和西安智多晶等。目前国产FPGA 厂商主要还是以40nm 55nm 产品为主。下面就让我们一起来了解了解吧。
     
    一、 Xilinx 赛灵思
     
    官网: http://www.xilinx.com
     
    建立时间: 1984
     
    总部:加利福尼亚圣何塞市
     
    介绍: Xilinx 是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商,也是目前排名第一的 FPGA 解决方案提供商。
     
    开发工具: Vivado ISE( 出了 vivado 之后, xilinx 已经不考虑去升级 ISE 的版本了 )
     
    其产品包括如下几个部分:
     
    1 Spartan 系列:定位于低端市场,目前最新器件为 Spartan7 ,为 28nm 工艺, Spartan6 以前都是45nm 工艺,该系列器件价格实惠,逻辑规模相对较小。
     
    2 Artix 系列: Xilinx 推出 Artix 系列产品,其目的应该是作为低端 Spartan 和高端 Kintex 的过渡产品,尤其在通信接口方面,相比Spartan 有很大优势,所以,如果设计不是仅仅需要逻辑资源,而是需要先进的高速接口,不妨考虑Aritix 系列。
     
    3 Kintex Virtex 系列为 Xilinx 的高端产品,包含有 28nm Kintex7 Virtex7 系列,还有 16nm的Kintex7 Ultrascale+ Virtex7 Ultrascale+ 系列。丰富的高速接口,主要用于通信,雷达,信号处理,IC 验证等高端领域。
     
    4 、全可编程 SoC MPSoC 系列,包括有 Zynq-7000 Zynq UltraScale+ MPSoC 系列 FPGA, 可嵌入ARM Cortex 系列 CPU, 逐渐成为目前 SOPC 热门应用。
     
    二、 altera 阿特拉(不要纠结叫法,有各种音译版本)
     
    官网 : http://www.altera.com
     
    建立时间: 1983
     
    总部: San Jose, California
     
    介绍:业界与 Xilinx 齐名的 FPGA 供应商,与 2015 年被 Intel 167 亿美元收购,应该是强强联合,准备放更大的招,或许是改变整个FPGA 产业,我们拭目以待。 产品系列:
     
    1 MAXII 系列 MAXII 系列为 CPLD, Altera 一度以其 CPLD 闻名,如果选用 CPLD ,毫不犹豫用Altera的,至于 CPLD FPGA 的区别,在此就不多说了。后面文章会有介绍。
     
    2 Cyclone 系列 最新为 Cyclone10 ,定位与消费类产品,和 Spartan 为竞争对手,逻辑资源和接口资源都相对少,特点为性价比高。
     
    3 Stratix 系列 最新为 Stratix10 ,为高端应用,和 Xilinx Virtex 系列竞争。
     
    4 Arria 系列 为 SOC 系列 FPGA, 内置 ARM Cotex A9 的核。最新技术为 20nm 工艺。
     
    5 Intel arria 10 fpga 系列也很出名,大家可以关注一下。
     
    支持 DDR4 存储器接口的 FPGA Altera Arria 10 FPGA SoC 是业界先进的能够支持这一速率DDR4存储器的 FPGA ,存储器性能比前一代 FPGA 提高了 43% ,比竞争 20 nm FPGA 高出 10% 。硬件设计人员现在可以使用最新的Quartus II 软件,在 Arria 10 FPGA SoC 设计中实现, 666Mbps DDR4存储器数据速率。
     
    三、 Lattice (莱迪思官网 :http://www.latticesemi.com
     
    官网 :http://www.latticesemi.com
     
    建立时间: 1983
     
    总部: Hillsboro, Oregon 2021/1/13
     
    介绍:著名的可编程逻辑解决方案供应商,仅次于 Xilinx Altera
     
    产品介绍:
     
    1 ECP 系列,为 Lattice 自己的开发的 FPGA 系列,提供低成本,高密度的 FPGA 解决方案,而且还有高速Serdes 等接口,适用于民品解决方案居多。
     
    2 ICE 系列,为收购 SilioncBlue 的超低功耗 FPGA, 也曾用在iPhone7 里面,实现了 FPGA 首次在消费类产品中应用,可见其功耗有多低。
     
    3 Mach 系列,替代 CPLD ,实现粘合逻辑的最佳选择。作为 CPLD 的发明者, Lattice CPLD 领域依然表现卓越。
     
    四、 Actel
     
    官网 : http://www.actel.com
     
    建立时间: 1985
     
    总部: Irvine, California
     
    介绍:专注于美国军工和航空领域,产品为反熔丝结构 FPGA 和基于 Flash FPGA 为主,具有抗辐照和可靠性高的优势。于2010 年被安美森收购。
     
    产品介绍:
     
    1 、基于 FLASH 的通用 FPGA 系列,包括有 PolarFire IGLOO2 IGLOO2 三个高、中、低端系列。
     
    2 、特殊领域应用系列,如基于 SOC ProASIC3 和数模混合的 Fusion 。内置有 ARM AD 等。
     
    3 、反熔丝 FPGA ,主要用于航天,有抗辐照功能,不可重复擦写,烧写一次有问题,片子就报废了。所以,充分的仿真是非常有必要的。
     
    五、 Achronix
     
    官网 : http://www.achronix.com 总部: Santa Clara, California
     
    介绍: Achronix 是一家提供高性能,高密度 FPGA 方案的美国高科技公司。致力于最先进的22nm 3D FinFET 技术发展新一代FPGA 器件。
     
    产品介绍:
    Speedster22i 为世界上最快的 FPGA, 拥有丰富接口,如 100G Ethernet, 100G Interlaken, PCIExpress 和 DDR3
     
    其特点是:规模大,功耗低和性价比高。
     
    面向市场:通信,测量, CPU 加速和军工等领域。
     
    国产 FPGA 厂商
     
    一、京微齐力
     
    京微齐力脱胎于 2005 年成立的京微雅格,由于 FPGA 是一项资金消耗量巨大、研发时间久、回报周期长的产品,2016 年时,京微雅格出现资金链断裂,随后陷入经营困境。
     
    据当时媒体报道,在其核心管理层坚守 18 月后,只剩下 8 位员工,后再征求到原公司股东同意的前提下,时任副总裁的王海力与其他8 位同事最终决定二次创业,在 2017 6 月成立了 京微齐力(齐力科技)” ,王海力出资 200 万元,任董事长兼总经理。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。 其公司官网介绍,京微齐力总部位于北京亦庄,在中关村设有研发中心,在上海、深圳有技术支持和市场销售团队。该公司在天使轮拿到到了近700 万元的融资,此轮由泰有基金领投,水木基金、臻云创投、泰科源跟投;随后在2018 1 月份又完成了数千万元的 Pre-A 轮融资,领投方为海康基金。
     
    据悉,京微齐力获得了 京微雅格 上百件 FPGA 专利和专有技术(含国际专利)的授权及二次开发权,在原“ 京微雅格 产品基础上推出了包括 HME-R (河)系列、 HME-M (山)系、 HMEC(云)系列和 HME-P (星)系列产品,同时还推出了 HME-H (大力神)系列、 HME-A( 阿凡达) HME-E( 悟空 ) 系列产品。同时,还有配套的 FX- 伏羲软件。
     
    R( ) 系列的产品定位于可穿戴设备和便携式移动终端(如 LTE 及未来的 5G 智能电话、移动智能终端(Tablets )如 iPAD/eBook 、销售服务 POS 终端)、物联网终端、智能安防监控设备、个人医疗监控设备、太阳能光伏设备以及北斗产业相关的各类终端等领域。
     
    该系列产品采用 40 纳米工艺成功量产 2 系列微功耗 FPGA 芯片,可用于智能手机、物联网、AR/VR 等多个应用领域。该系列产品有 768 3072 4 输入查找表 (LUT) ,采用先进的逻辑结构,精确映射设计;具有128 AES 配置文件密钥及用户自定义安全 ID ;支持用户可配置IO,最多可提供 80 LVDS IO
     
    C(云 ) 系列产品定位于高性能的网络交换、通信系统、信息安全、电力运营、大数据和云计算等高端应用领域。针对这类市场特点,C 系列产品将在设计的独特性、定制化、高性价比以及软件灵活性等方面体现出优势。iSuppli 市场分析数据表明,上述重点领域占据 FPGA 40% 以上的市场份额。全球最大FPGA 客户华为公司及中兴等国内其他大客户每年各自采购 FPGA 器件的金额高达数亿美元。公司研制的第一颗千万门级C 系列芯片 C1 开始提供工程样片,为国产 FPGA芯片进入通信电力等核心领域奠定基础。该系列产品采用的是40nm CMOS工艺,以及全新的 LUT6架构,可等价于 60K 4 输入 LUT 逻辑单元;具有高达 6.5G bps Serdes 高速 I/O 。其他几类产品基本上还都处于研发中。
     
    二、复旦微电子
     
    复旦微电子是 1998 7 月,由复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室 、上海商业投资公司和一批梦想创建中国最好的集成电路设计公司(芯片设计)的创业者联合发起创建的。该公司已于2000 8 4 日在香港上市 ( 股票编号 :1385) ,成为国内集成电路设计行业第一家上企业。主营业务包括金融IC 卡, NFC 芯片, FPGA 芯片等。
     
    据悉,从上世纪 90 年代至今,复旦微电子已开发了 6 FPGA 产品,承接了多项 FPGA 重大专项项目,形成了技术精湛的FPGA 研发团队,突破了大规模 FPGA 产品的软硬件关键技术。
     
    该公司在 2018 5 月推出的 FPGA 产品 JFM7K325T ,对标 Xilinx 同型号的产品 XC7K325T ,突破了在传统集成电路设计基础上的高可靠性设计,采用了全新的亿门级FPGA 创新架构,并集成了专用超高速串并转换模块、高灵活可配置模块、专用数字信号处理模块、高速内部存储模块、可配置时钟模块等适用亿门级FPGA 应用的模块电路。据说,上海复旦微电子的器件直接可以用Xilinx Vivado 套件直接编译。
     
    三、紫光同创
     
    背靠紫光集团的深圳市紫光同创电子有限公司是一家专业从事可编程逻辑器件( FPGA CPLD等)研发与生产销售,是紫光集团“ 芯云战略 的重要组成之一。也是深圳市国微电子有限公司成立了全资子公司。其产品覆盖通信网络、信息安全、人工智能、数据中心、工业物联网等领域。
     
    据其官网介绍,紫光同创注册资本 3 亿元,总投资超过 10 亿元,产品市场覆盖通信网络、工业控制、视频监控、消费电子等领域。其总部设在深圳,拥有上海、北京等分公司,公司人数超过300 人,研发人员占比超过 80% ,拥有专利近 200 项。
     
    紫光同创的主要 FPGA 产品有 Titan 系列、 Logos 系列和 Compact 系列。
     
    其中, Titan 系列产品是其推出的全新的高性能千万门级 FPGA 产品,采用了自主知识产权的体 系结构和40nm 工艺;具有高达 174K 等效 LUT4 逻辑单元;系统最高频率为 500MHz ,块存储器资源高达9Mbit ;支持多种高速 IO 接口: SERDES 速率 6.25Gbps DDR3 速率 1066Mbps LVDS速率1.25Gbps PCIE Gen 2.0 X1/X4 1000M/10G 以太网等;支持 SPI/JTAG/ 并行 / 串行等多种编程加载方式,支持远程加载。主要适用于通信网络、信息安全、数据中心、工业控制等领域。
     
    Logos 系列产品是其推出的高性价比 FPGA 产品,采用了全新 LUT5 结构的 40nm 工艺,具有灵活可编程的CLM ,每个 CLM 包含 4 LUT5 6 个寄存器;集成了 DSP 处理单元、 256bit AES 加密算法,带有高速MIPI 接口和 DDR3 接口,此系列为各类成本敏感型、有加密设计需求和高速 DDR3带宽的应用提供最大价值,广泛应用于工业控制、通信、消费类等领域。
     
    Compact 系列则属于超低功耗的 CPLD 产品,采用了基于 55nm eFlash 工艺,具有 1K~7K LUT4逻辑单元,支持3.3/2.5V 内核或低电压 1.2V 内核器件可选;支持 MIPI LVDS I2C SPI 、OSC、 RAM PLL 等;封装可低至 2.5mm×2.5mm ,用户 IO 可高达 336 个。专门为了满足低功耗、低成本设计需求而设计。可应用于通信、消费电子、无人机和工业等领域。
     
    该系列芯片的首款产品 PGC2400G 已经完成研发并已流片,预计今年第三季度向市场提供工程样品。此外,该公司还在继续推进新一代Titan2 系列可编程芯片的研发,据说已经取得了大部分关键技术的突破。
     
    软件方面, Pango Design Suite 是紫光同创基于多年 FPGA 开发软件技术攻关与工程实践经验而研发的一款拥有国产自主知识产权的大规模FPGA 开发软件,可以支持千万门级 FPGA 器件的设计开发。该软件支持工业界标准的开发流程,可实现从RTL 综合到配置数据流生成下载的全套操作。
     
    四、高云半导体
     
    高云半导体成立于 2014 年,是一家专业从事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、参考设计、开发板、定制服务等一体化完整解决方案的高科技企业。
     
    目前该公司研发团队有 100 余人,在硅谷、上海、济南建立了研发中心。公司的技术骨干均有国际著名FPGA 公司 15 年以上的工作经验,参与了数代 FPGA 芯片的硬件开发、相关 EDA 软件开发、软硬件的测试流程,积累了丰富的技术和管理经验。团队磨合后,于2015 年一季度量产出国内第一块产业化的55nm 工艺 400 万门的中密度 FPGA 芯片,并开放开发软件下载。 2016 年第一季度又顺利推出国内首颗55nm 嵌入式 Flash SRAM 的非易失性 FPGA 芯片。
     
    比如说其 CEO 朱璟辉 1996 年美国加州大学洛杉机分校获硕士学位,拥有 20 余年的 FPGA 产品开发经验。曾在美国Lattice 公司任职 15 年,历经 7 FPGA 研发,获 11 项美国专利, 15 项中国专利。他主要领导公司战略方向及产品开发。
     
    CTO 宋宁博士于 2009 年美国波特兰州立大学电子与计算机工程获博士学位,拥有 25 余年 EDA软件开发、团队管理经验。创立高云之前,曾在美国Candance, Lattice 等公司任职 10 余年。他主要领导公司EDA 工具开发。
     
    该公司目前主要聚焦在中低密度的 FPGA 市场,面向通讯、 LED 显示、工业控制、汽车电子、 消费电子、医疗和数据中心等领域推动了晨曦和小蜜蜂两个家族4 个系列 11 颗芯片的量产,产品也获得了不错的成绩。据高云公布的信息,截止到2019年1月份,他们的芯片出货量突破了1000万片。 其中晨曦家族产品具有高性能、低功耗、内部资源丰富等特点,主要面向通信和工业领域。
     
    GW2A 系列 FPGA 产品是高云半导体晨熙家族第一代产品,内部资源丰富,具有高性能的 DSP 资 源,高速LVDS 接口,以及丰富的 BSRAM 存储器资源,这些内嵌的资源搭配精简的 FPGA 架构以及55nm 工艺使 GW2A 系列 FPGA 产品适用于高速低成本的应用场合。
     
    小蜜蜂家族则是高云半导体针对消费类市场推出的产品。 GW1N 系列 FPGA 产品是高云半导体小蜜蜂(LittleBee) 家族第一代产品,具有低功耗、瞬时启动、低成本、非易失性、高安全性、封装类型丰富、使用方便灵活等特点。
     
    GW1NR 系列 FPGA 产品则是一款系统级封装芯片,在 GW1N 基础上集成了丰富容量的 SDRAM 存储芯片,同时具有低功耗、瞬时启动、低成本、非易失性、高安全性、封装类型丰富、使用方便灵活等特点。
     
    GW1NS 系列包括 SoC FPGA 产品(封装前带 “C” 的器件)和非 SoC FPGA 产品(封装前不带 “C” 的器件)。SoC FPGA 内嵌 Arm Cortex-M3 硬核处理器,而非 SoC FPGA 内部没有 Arm Cortex-M3 硬核处理器。此外,GW1NS 系列 FPGA 产品内嵌 USB2.0 PHY 、用户闪存以及 ADC 转换器。以 Arm Cortex-M3硬核处理器为核心,具备了实现系统功能所需要的最小内存;内嵌的 FPGA 逻辑模块单元方便灵活,可实现多种外设控制功能,能提供出色的计算功能和异常系统响应中断,具有高性能、低功耗、管脚数量少、使用灵活、瞬时启动、低成本、非易失性、高安全性、封装类型丰富等特点。GW1NS 系列 SoC FPGA 产品实现了可编程逻辑器件和嵌入式处理器的无缝连接,兼容多种外围器件标准,可大幅降低用户成本,可广泛应用于工业控制、通信、物联网、伺服驱动、消费等多个领域。
     
    在今年 7 月初,高云半导体宣布推出了其安全 FPGA 系列产品,针对端点应用,可实现内置的安全加密功能以消除安全攻击和边缘计算中的漏洞。据悉,其安全FPGA 系列产品使用物理不可克隆功能(PUF )在 FPGA 上建立信任根。配置完成后,设备可以创建用于加密 / 解密和身份验证功能的唯一密钥。用户可以非常方便的实现安全启动,安全下载和密钥交换等标准例程。其配套的开发软件为高云云源软件。
     
    五、安路科技
     
    上海安路信息科技有限公司(简称:安路科技)成立于 2011 年,总部位于浦东新区张江高科技园区。该公司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、定制化嵌入式eFPGA IP 、及相关软件设计工具和创新系统解决方案。 安路科技在 19 6 月份完成了D 轮融资,在此轮融资中,老股东华大半导体、中信资本和公司创始团队行使了优先认购权,引入的新股东为“ 国家集成电路产业投资基金股份有限公司 (以下简称 大基金” )、 深圳市创新投资集团有限公司 苏州厚载成长投资管理合伙企业(有限合伙)
     
    据悉,本轮融资将用于 28nm (及 12nm )千万门级、五千万门级 FPGA soc FPGA 的研发,新产品将主要应用于通信、工控、显示、消费电子以及人工智能领域,为全球半导体公司提供高性能、低成本、高可靠性的优质FPGA
     
    在此之前,安路科技已经获得了中信资本、杭州士兰微集团和深圳创维集团、中国电子信息产业集团华大半导体有限公司和上海科技创业投资有限公司的战略投资。按照安路科技目前的产品规划,有高端的Phoenix (凤凰)、中端的 Eagle (猎鹰)和低端的ELF(小精灵)三个系列产品。
     
    据安路科技副总经理梁成志透露,目前安路科技每个月的出货量为上百万颗,其中最多的是ELF系列产品。中端的Eagle 系列产品是其最先推出的产品,主要应用在工业控制、通信接入、显示驱动等领域。
     
    目前阶段,对国内 FPGA 厂商来说,最重要的还是替代,因此安路科技现在走的是管脚兼容路线。其最近开始量产的ELF3L40 ELF3L90 就可以跟 Lattice MachXO2-4000HC MachXO3LF- 6900管脚兼容。
     
    据介绍, ELF3 系列 FPGA 采用低功耗 55nm 工艺设计、片内集成配置 Flash 、无需外接配置芯片、使用了其自主专利LUT4/5 混合逻辑架构、最大容量型号 EF3L90 具有 9K 等效逻辑单元、336个用户 IO 270Kbits BRAM 容量、 16 DSP 1Gbps 高速 LVDS 接口,支持多重启动功能等功能。
     
    相比上一代 ELF2 芯片,全新的 ELF3 器件提供更大容量的器件和更多封装选择,适用于为显示控制和电机控制应用提供更多FPGA 逻辑资源,为通信接口、服务器和存储应用提供更多 I/O 资源,同时针对通信应用需要的多种加载模式和启动控制功能进行全面升级,大大方便用户设计导入和替换需求。为了方便客户对ELF3 器件进行设计评估,安路科技同时推出了简单易用ELF3 MINI的开发板,支持各类常用的功能扩展接口和应用参考设计。
     
    至于高端的 Phoenix 系列,则要等到年底才会推出,产品型号为 PH5-100K ,该产品将会采用28nm工艺制造。
     
    在配套软件方面,安路科技有软件开发工具 Tang Dynasty DT4.5 )。据安路科技介绍,该款软件是安路科技自主开发的从HDL 描述到最终位流下载和片上调试的完整系统,为安路科技所有FPGA 芯片产品系列提供简洁可靠的应用设计开发环境。TD软件系统采用基于统一数据库的层次化设计,核心优化引擎采用创新的设计自动化技术,主体流程是性能驱动的逐步精确迭代优化进程。TD 软件系统支持工业界标准的设计输入描述,提供良好的第三方设计验证工具接口。
     
    TD 软件能够帮助客户实现 HDL2BIT 流程、用户约束、 IP 生产、时序分析、下载位流和设计调试等主要功能。
     
    此外,该软件可以同时支持 Windows Linux 系统,大小只有 100M 左右。
     
    六、智多晶
     
    西安智多晶微电子有限公司,成立于 2012 年,总部位于西安,在北京设立有 EDA 软件研究中心。创始团队拥有三十多年丰富的FPGA 设计制造经验,曾就职于海外该领域领先企业,并担任多个专业方向技术带头人。核心团队来自于国内各知名院校和优秀的FPGA 研发团队。
     
    公司专注可编程逻辑电路器件技术的研发,并为系统制造商提供高集成度、高性价比的可编程逻辑器件、可编程逻辑器件IP 核、相关软件设计工具以及系统解决方案。目前该公司的产品在LED驱动、视频监控、图像处理、工业控制、 4G/5G 通信网络、数据中心等领域有应用。
     
    据悉,该公司目前已实现 55nm 40nm 工艺中密度 FPGA 的量产,并针对性推出了内嵌 Flash 、SDRAM等集成化方案产品,截至 2018 年已批量发货 2 百万片。 该公司目前有3 个系列的产品, Seagull 1000 Sealion 2000 Seal 5000 Seagull 1000 采用了其自主架构和0.162 微米的低功耗工艺,属于 CPLD 产品,可提供 64~256 宏单元阵列;最大频率为322MHz ,由于 3.5ns 快速输入输出引脚延迟;核心操作电源为 3.3V 1.8V ,使用符合 IEEE1532接口的 3.3V/1.8V 在系统可编程( In-System Programmable ISP) ;具有多功能可编程输入输出接口 ,支持3.3V, 2.5V or 1.8V I/O 电源。
     
    Sealion 2000 系列 FPGA 采用的是 55nm 低功耗技术工艺,可提供 4K 25K LUT 单元,单一封装集成了2M×32 bit Synchronous DRAM SDRAM );内置 2 个锁相环( PLL )和 2 个延时锁相环(DLL ),提供倍频、分频、相位转移等系统时钟功能;通用输入输出端口,支持 800Mbps LVDS。 芯片性能能够与Spartan-6/Cyclone-4 系列的 FPGA 芯片相匹配。
     
    Seal 5000 FPGA应该还是处于研发阶段,据其官网介绍该芯片同样采用正向设计,将会采用28nm工艺,提供 20K 200K LUT 单元;具有嵌入式高速双接口存储器( dual port
    SRAM/FIFO Block )(真双端 / 伪双端);具有高速串行并行接口 (SERDES) ,支持常用的数据协议,包括PCI Express 、千兆以太网( GbE, SGMII )、 XAUI SRIO CPRI OBSAI SD-SDI 和HD-SDI;支持商业与工业温度等级。芯片性能与 Virtex-7 系列的 FPGA 芯片相当。
     
    智多晶的芯片软件设计流程和 ISE/Quartus II/Diamond 类似,包括综合、约束、布局布线、下载编程等。智多晶的芯片架构可以接受ISE Quartus II 的代码,使用自主研发的 FPGA 开发软件“HqFpga”, 完成综合、布局布线、时序分析、配置编程和片内逻辑分析。
     
    总结
     
    目前国内 FPGA 厂商有不少,不过同国际领先厂商相比,国产 FPGA 产品不论从产品性能、功耗、功能上都有较大差距。这主要与资金、专利、人才,以及生态环境等密不可分。特别是人才,国际领先FPGA 公司中,这些年来,最早Lattice 在中国设立过研发中心,因此,我们可以看到国内这些 FPGA 创业公司很多都有Lattice 的背景。 2018 12 月份,英特尔在中国重庆落地 FPGA 中国创新中心,这也说明了这些年FPGA 在国内发展迅速,也得到了大家的认可。当然,也希望能在目前大家都重视国产芯片,市场对芯片需求量也在增加的时候,国产FPGA 厂商能够抓住这波市场增量需求,逐步发展壮大。
     
    现在,各位对现在的 fpga 几大厂商有一些了解了吧,想要深入了解还可以去官网详细了解。不过,目前市场上应用比较多的是xilinx altera ,从学习者的角度,大家更应该去注重学习FPGA的设计思想以及设计理念,而不是应该去关注所用到的操作平台以及器件,当然,后者也需要了解,这样才能顺手做开发。所以,不管学习才是王道。各位大侠,加油!
     
     
    后续会持续更新,带来 Vivado ISE Quartus II candence 等安装相关设计教程,学习资源、项目资源、好文推荐等,希望大侠持续关注。
     
    江湖偌大,继续闯荡,愿大侠一切安好,有缘再见
    展开全文
  • 全球CPLD FPGA公司介绍

    2009-11-15 00:43:54
    CPLD FPGA EDA 全球CPLD FPGA公司介绍
  • 国产FPGA那家强

    万次阅读 2019-05-22 11:23:12
    国产FPGA那家强 写了这么多FPGA的文章却从来没有涉及过国产FPGA,很多网友甚至不知道还有国产FPGA。下面列举一些国产FPGA,排名不分先后,标题只是噱头。内容如有侵权,请联系小编进行删除。 1 西安智多晶微电子...

    国产FPGA那家强

    原文链接:国产FPGA那家强

    写了这么多FPGA的文章却从来没有涉及过国产FPGA,很多网友甚至不知道还有国产FPGA。下面列举一些国产FPGA,排名不分先后,标题只是噱头。内容如有侵权,请联系小编进行删除。

    1 西安智多晶微电子有限公司

    在这里插入图片描述
    西安智多晶微电子有限公司总部位于西安,北京设立有EDA软件研究中心。目前已实现55nm、40nm工艺中密度FPGA的量产,并针对性推出了内嵌Flash、SDRAM等集成化方案产品,截至2018年已批量发货2KK片。
    FPGA产品系列:
    1.Seagull 1000系列CPLD

    采用0.162um的低功耗技术工艺
    最大频率Fmax=322MHz
    多功能可编程输入输出接口 ,支持3.3V, 2.5V or 1.8V I/O电源
    2.Sealion 2000 系列FPGA
    55nm的低功耗技术工艺。
    通用输入输出端口支持高速存储器界面, DDR、DDR2
    通用输入输出端口&#

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  • FPGA,你了解多少?

    2020-03-25 11:17:01
    提到“FPGA”,陆妹的心就可劲纠痛了,不知道你是否也有一样的感受。 今天先把那种五味陈杂的感受放在一边,我们一起聊聊这闹人心的“FPGA”。 首先,老规矩,走一波知识点:什么是“FPGAFPGA(Field-...

    提到“FPGA”,陆妹的心就可劲纠痛了,不知道你是否也有一样的感受。

    今天先把那种五味陈杂的感受放在一边,我们一起聊聊这闹人心的“FPGA”。

    首先,老规矩,走一波知识点:什么是“FPGA”

    FPGA(Field-Programmable Gate Array)——即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

    FPGA,你了解多少?

    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。

    FPGA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,你了解多少?

    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。

    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。

    01

    国外

    我们先从国外说起,(这里又让陆妹忍不住的暗自神伤)FPGA巨头都在美国:Xilinx,Altera,Actel,Atmel,Avago,Cyprss。而Xilinx、Altera、LatTIce三家厂商营收始终位于全球前三甲,每年的营收、净利润增长以及毛利率都相对稳定,

    FPGA,你了解多少?

    全球FPGA市场几乎被xilinx和Altera垄断 。

    1、Xilinx

    成立于1984年,首创了FPGA技术。产品线也包括CPLD,某些特殊控制上CPLD比FPGA速度快,但其提供的逻辑资源较少。目前满足了全世界对FPGA产品一半以上的需求。

    2、Altera(Intel)

    成立于1983年,硅谷。是世界上”可编程芯片系统(SOPC)“解决方案倡导者。Altera结合带有软件工具的可编程逻辑技术,IP和技术服务,为客户提供解决方案。

    3、Actel

    成立于1985年,美国纽约。前二十年效力于美国军工和航空领域,并禁止对外出售。目前开始转向民用和商用,推出了反熔丝系列,可重复擦除的ProASIC3系列。

    4、Lattice

    成立于1983年,俄列冈州,1985年在特拉华州重组。在上海设有研发中心。莱迪思提供FPGA,PLD,FPSC,CPLD等产品。提供解决方案,包括瞬时上电操作,安全性和节省空间的单芯片解决方案等可编程逻辑期间。

    5、Atmel

    系统集成方面拥有世界级专业知识和经验,保证最小的开发延期和风险。其产品包括微处理器,可编程逻辑芯片,非易失性存储器,安全芯片等。

    02

    国内

    回到国内来看,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,你了解多少?

    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。

    虽然中国目前的发展存在严重滞后的问题。但是,这也是国内厂商的发展机会。

    1、国微电子(军方)

    深圳同方国芯子公司国微电子是国产军用IC最大供应商,提供机载、星载、弹载、舰载等计算机系统以及通讯、信安等领域的整体芯片解决方案。2008 年至今承接超大规模可编程逻辑器件(FPGA)、创新结构的大容量存储器等国家“核高基”重大专项项目达九项,现已经成为我国特种集成电路重点骨干企业。

    2、771/772所(军方)

    由于涉及国家机密原因,这里就不能多做笔墨。但是可以明确的一点是,现在中国航天航空级FPGA芯片供货大户是771,772这两所,这两家都有FPGA事业部和流片的生产线。

    3 复旦微电子/复旦微电子学院(军方)

    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,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。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。

    4、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,以芯片设计为主,辅以电子应用产品开发、技术服务。公司具备90纳米CMOS、0.18微米Bi-cmos及BCD先进制程的数字模拟混合信号设计技术,可编程逻辑器件、A/D、D/A、模拟电路及接口电路的系列产品方面在国内具有领先优势。

    5、北京京微雅格Agate

    2005年成立,这个公司主要有两条产品线:自主研发的,面向中低端市场的金山系列;收购美国CSwitch的产品线,面向高速通信市场。配套软件Primace。

    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。

    6、上海安路科技

    2011年成立,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。IC-CHINA 2016”芯品发布会上,EAGLE系列EAGLE-20 FPGA芯片产品正式发布。

    7、紫光同创国芯

    2013年成立的同创国芯做为同方国芯的子公司,秉承同方国芯十年前开始的对FPGA产业的布局与投入,专注FPGA研发生产与销售。经过两年多努力,2015年发布的Titan系列产品,是我国第一款自主千万门级的高性能FPGA,从此打破国外技术的垄断局面。2015年紫光收购同方国芯。致力于高端市场。

    8 广东高云FPGA(Gowin)

    2014年初成立,广东高云半导体科技股份有限公司,以55nm级别以上的FPGA芯片为主导产品的集成电路企业,定位中高端和中等规模的FPGA芯片。2016年已完成中低密度的产品布局。其中1万-100万门非易失产品系列,采用台积电55纳米嵌入Flash工艺,产品直接竞争AlteraMAXV10和LatticeXO2/3;100万门-500万门易失性FPGA产品,采用台积电55nm基于SRAM,可与XillinxSpartan及AlteraCyclone系列PK。

    产品型号:GW1N-1K,GW1N-9K,gw2a-18K,gw2a-55K,gw3s-50,gw3s-100。

    9 西安智多晶微电子

    FPGA产品销量超百万,荣获 IC CHINA 2016 优秀参展产品奖。11月10日,第十四届中国国际半导体博览会暨高峰论坛在上海新国际博览中心W5馆闭幕。在闭幕仪式上,由智多晶自主研发的FPGA产品Sealion 2000系列 (12k LUTs),从同类别FPGA芯片中脱颖而出荣获“IC China 2016优秀参展产品奖”。拥有前Lattice设计的留学生团队。

    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。

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    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。

    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。

    03

    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。

    FPGA,你了解多少?
    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。

    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。

    最后,请允许陆妹借用一位IC界大佬的深度感悟作为本文的结尾。

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    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。

    好啦,今天先聊到这里喽。

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  • 国产FPGA芯片,机遇与挑战并存

    千次阅读 2019-08-13 00:15:45
    FPGA是可以先购买再设计的“万能”芯片。FPGA (Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列,是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性...

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    FPGA是可以先购买再设计的“万能”芯片。FPGA (Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列,是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路,它能够按照设计人员的需求配置为指定的电路结构,让客户不必依赖由芯片制造商设计和制造的ASIC芯片。


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    广泛应用在原型验证、通信、汽车电子、工业控制、航空航天、数据中心等领域。 


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    FPGA 硬件三大指标:制程、门级数及 SERDES 速率,配套 EDA 软件工具同样重要。比较 FPGA 产品可以从技术指标入手。从 FPGA 内部结构来看,主要包括:可编程输入/输出单元(I/O)、可编程逻辑块、 完整的时钟管理、 嵌入块式 RAM (BRAM)、 布线资源、内嵌的底层功能单元和专用硬件模块等。


    根据赛灵思披露的数据,一个LUT6等效1.6个LC,一个LC对应几十到上百“门”, 1000万门约等于10万LC,即100K CLB级别FPGA。与ASIC不同的是,客户在选购FPGA产品不仅考虑硬件参数,配套EDA软件的性能也同样重要。


    目前国内厂商高端产品在硬件性能指标上均与赛灵思高端产品有较大差距。 相对于ASIC,FPGA具有 3 点优势:

    • 1、可编辑,更灵活

    • 2、产品上市时间 短,节省了 ASIC 流片周期

    • 3、避免一次性工程费用,用量较小时具有成本优 势。 


    1、灵活性:通过对 FPGA 编程,FPGA 能够执行ASIC能够执行的任何逻辑功能。FPGA的独特优势在于其灵活性,即随时可以改变芯片功能,在技术还未成熟的阶段,这种特性能够降低产品的成本与风险,在5G初期这种特性尤为重要。


     2、上市时间:由于FPGA买来编程后既可直接使用,FPGA方案无需等待三个月至一年的芯片流片周期,为企业争取了产品上市时间。


    3、成本:FPGA与ASIC主要区别在ASIC方案有固定成本而FPGA方案几乎 没有,在使用量小的时候,FPGA 方案由于无需支付一次性百万美元的流片成本, 同时也不用承担流片失败风险,FPGA方案的成本低于ASIC,随着使用量的增加, FPGA方案在成本上的优势逐渐缩小,超过某一使用量后,ASIC方案由于大量流 片产生了规模经济,在成本上更有优势。 


    640?wx_fmt=png 技术趋势: 制程迭代驱动 33 年发展,平台型产品是未来

    历史:1985年赛灵思发明FPGA以来,其容量提高了一万倍以上,速度提高了一 百倍以上,价格和能耗缩小了一千倍以上。受到先进制程迭代的推动,FPGA的架构不断更新。1985年,Xilinx公司推出了全球第一款FPGA产品 XC2064,采 用2μm工艺,包含64个逻辑模块和85,000个晶体管,门数量不超过1000个。对比2016年赛灵思发布的VIRTEX UltraScale,16nm制程,系统逻辑单元最高达378万个。FPGA制程迭代在提高算力的同时降低了功耗,减小了芯片面积,推动了FPGA的性能提升。 


    未来:在技术趋势上,制程迭代+平台产品将是未来产品发展方向。我们仍然看 好先进制程带给FPGA的性能提升,同时新的产品形态(平台型产品)的出现让FPGA性能有了进一步提升的可能。


    Xilinx和Intel相继发布ACAP和Agilex 平台型产品,根据Xilinx披露的数据,新的平台型产品速度超过当前最高速的 FPGA 20倍、比目前最快的CPU快100倍,该平台面向数据中心、有线网络、5G无线和 汽车驾驶辅助应用。产品进展方面, 2019年6月19日Versal AI Core及Versal Prime系列组件小规模出货,量产时间预计在2019下半年。 


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    技术、专利、人才壁垒高,国产替代迎难而上 


    技术壁垒高:半个IC设计公司+半个软件公司,硬件结构复杂且良率低,软硬协同再提研发难度。


    FPGA企业的硬件开发部分属于典型的 IC 设计企业,与一般 IC 设计企业不同的是,由于FPGA硬件需要配套EDA软件一起使用,FPGA 公司通 常需要自行研发适配自家硬件的EDA软件,因此也算半个EDA软件公司。由于FPGA版图及布线复杂,硬件设计难度较大,加之软件和硬件协同开发,系统工 程的难度再升级。 

     

    核心专利被头部公司垄断,国产厂商披荆斩棘艰难前行,专利有效期结束或带来 转机。在专利上国外厂商目前占据绝对优势,Xilinx和Altera在FPGA领域的专利数近10,000个,而国产厂商如紫光同创专利数仅约200项,相差悬殊。未来随着部分专利的有效期结束,及国产厂商在新专利上的突破,专利上的垄断格局或 迎来转机。 


    半导体产业链国产化程度低,硬件自主可控进程难以阻挡,国产当自强。产业链 角度来看,硬件产业链中目前自主可控程度较低,尤其在高端半导体设备和材料领域,未来产业链上下游国产替代进程的推进也将助力国产FPGA加速发展。


    硬件部分上游:EDA+IP。硬件开发用的EDA仍是Cadence、Synopsys 及Mentor Graphics,IP来源包括外部授权和内部开发。硬件部分下游:代工厂+封测。其中代工厂国内厂商主要与台积电及中芯国际合作,封测主要和日月光等合作。 


    640?wx_fmt=png 全球 63 亿美元市场,Xilinx 与 Altera 双寡头 

    FPGA是集成电路大产业中的小领域,5G和AI为行业增长提供确定性,国产替。


    代叠加行业增长,国产FPGA市场腾飞在即。根据WSTS的数据,2018年全球 集成电路市场规模达到4,688亿美元,同期全球FPGA市场规模约63亿美元,仅 占集成电路市场约1.34%。市场虽小,但未来受益于5G基础设施全球布局及 AI技术持续发展,FPGA行业需求量增长具确定性。行业增长下,国产替代进程将 进一步加速国产FPGA的增长。根据中国半导体行业协会的数据,2017 年国内FPGA市场国产率低于 1%,随着技术突破,国产FPGA腾飞在即。 


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    全球FPGA市场规模持续攀升,亚太是FPGA主要市场,未来产业发展可期。根 据Gartner的数据,全球FPGA市场规模2019年达到69亿美元,2025年达到 125亿美元,未来市场增速稳中有升。亚太区占比达到42%,是FPGA主要市场,中国FPGA市场规模约100亿人民币,未来随着中国5G部署及AI技术发展,国内FPGA规模有望进一步扩大。


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    国外三巨头占据90%全球市场,国产厂商暂时落后。FPGA市场呈现双寡头垄断 格局,Xilinx和 Altera分别占据全球市场56%和31%,在中国FPGA市场中,占 比也高达52%和28%,由于技术、资金、人才上的壁垒及FPGA量产带来的规模经济,行业领导者地位较为稳定。国产厂商目前在中国市场占比约 4%,未来随着国产厂商技术突破,FPGA领域国产替代或将是百亿级的机会,替代空间广阔。 


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    5G+AI 催化行业增长,下游需求欲乘风而起


    通信、消费电子、汽车是FPGA下游存量应用场景,市场规模持续增长。由于相对于ASIC的三方面优势(灵活性、上市时间、成本),FPGA的下游应用场景较为丰富,包括:ASIC原型设计、汽车、收发器、消费电子、数据中心、高性能计 算、工业、医疗、测试/测量、有线/无线通信等。其中通信、消费电子和汽车是主要应用场景,2017年三块场景FPGA需求占总需求比例达到 79.4%,市场规模持续扩大。 


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    应用场景会保持分散的格局,ASIC在成本上的规模经济限制了FPGA应用场景的集中度,FPGA不可替代性奠定市场基础。由于ASIC具有明显的规模经济,当单一芯片产品用量极大时(一般为超过10万片) ,使用ASIC方案将有成本优势,因此 FPGA 的应用场景被限制在了用量小、技术不稳定、灵活性需求高的领域,一旦技术成熟且需求放量,终端厂商就会考虑ASIC方案替代FPGA方案来降低成本。但由于FPGA在用量小、技术不稳定及灵活性需求高的领域具有不可替代性,FPGA的市场基础稳固,未来量的增长主要看新技术带来的新周期。 

     

    国产FPGA厂商产品下游应用场景更偏重消费电子,未来在通信市场的增长值得期待。根据Xilinx的年报,2019财年(财年结日为2019年3月30日)其产品终端应用场景及占比为通信(36%)、工业航空及国防(28%)、数据中心及封测医疗仿真(20%)、汽车广播及消费电子(15%)。而国产FPGA厂商由于产品性能相对落后,在高端民用领域暂时不具有竞争力,但在LED显示、工业等领域出货量较大。随着国内厂商技术突破,未来在通信市场份额的提高将开启国产FPGA厂商增长。 


    全球 5G 浪潮席卷而来,FPGA 量价齐升在即。 


    FPGA是5G基础设施和终端设备的零部件,5G全球部署持续推进,基站、IoT、 终端设备、边缘计算的FPGA用量将显著提升。通信是FPGA下游应用场景中规模最大的分支,根据MRFR的数据,FPGA通信市场规模 2017年达 23.5亿美元, 占整体FPGA应用市场比例超40%,2017-2025年CAGR预计 8%。


    全球5G基础 设施建设进程下,FPGA作为核心零部件,用量也会随之提升,5G应用中,IoT、 终端设备及边缘计算领域的FPGA需求也将增长。未来在通信市场的增长具有确定性。 


    相比较CPU和GPU,通信领域FPGA在I/O 、运算速度及延迟上均具有优势。在5G建设初期,FPGA可以被用于基站天线的收发器中,5G时代Massive MIMO技术让收发通道数从16T16R提高到64T64R甚至128T128R,FPGA可以用于多通道信号波束成形。


    目前业界在FPGA和ASIC方案的选择上具有差异,京信通信等公司采用更加灵活的FPGA方案。 


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    以一个64通道毫米波MIMO全DBF收发器为例,如图收发器分为两部分,左半 部分为中频&基带子系统,包涵Xilinx的Kintex-7 FPGA;右半部分为毫米波收发器射频前端,包涵中频振荡器及电源管理模组等。每一个基带子板(baseband daughter board)中都具有一块Xilinx’s Kintex-7 FPGA,2个双通道12-bitADC,1个4通道16-bit DAC,2个QSFP+光接口用于通用无线接入。 

     

    5G时代,FPGA面临价提量升。 

     

    价提:FPGA主要用在收发器的基带中,5G时代由于通道数的增加,计算复杂度增加,所用FPGA的规模将增加,由于FPGA的定价与片上资源正相关,未来通信领域FPGA单颗成本也将上升,目前基站收发器中的FPGA单价通常在几百 元人民币的范围,未来有望进一步提高。收发器的主要成本和功耗由基带部分贡献,未来技术复杂度将再次推升收发器成本,进而传导到基站AAU价格上升。 

     

    量增:5G带来的出货量提高来源于两方面:1. 通信基站数量提高带动FPGA 零部件用量提高。5G初期基站铺设数量环比提高,另一方面由于5G信号衰减较快, 小基站需求量巨大,未来十年有望超1000万座,同比4G时期增长明显。2. 单基站FPGA用量提高带动FPGA通信市场用量整体提高。由于5G Massive MIMO的高并发处理需求,单基站FPGA用量有望从 4G时期2-3块提高到5G时期4-5块,将带动FPGA整体用量。 


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    自动驾驶渐成熟,增量空间大门打开 


    汽车半导体389亿市场规模,FPGA目前仅占2.4%,自动驾驶发展将提高 FPGA价值占比。汽车芯片分为主控芯片和功能芯片(MCU)。主控芯片包括 GPU、 FPGA、 ASIC 等,FPGA在汽车多个领域都有应用,尤其在相机和传感器中的应用已经相 对成熟。根据Bloomberg数据,汽车半导体市场规模 2017年达到388.6亿美元, 其中FPGA为9.5亿美元,占比仅2.44%。FPGA 依托其灵活性及并行处理能力, 在汽车的摄像头及激光雷达领域应用广泛。自动驾驶技术的发展将提高FPGA在汽车半导体中的价值占比。 


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    FPGA巨头抢道智能驾驶,L5级产品值得期待。目前赛灵思布局主要在L1-L3, NAVIDA和Intel的最新系列产品剑指L5完全自动驾驶。但是由于政策影响加上自动驾驶事故频发,即使技术达到L5级别,仍无法在全球道路上实现L5操作。2018年赛灵思完成对深鉴科技的收购后进一步加强其在汽车领域的布局。


    目前赛 灵思的FPGA自动驾驶解决方案的客户包括百度、海康威视、中科慧眼、元橡科技、极目科技等。截至2018年,赛灵思的产品在29个OEM品牌的 111种车型上得到了应用。在激光雷达芯片领域,赛灵思占有约 90%的市场。 


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    FPGA 在未来汽车中主要应用在ADAS/AD系统、马达控制、激光雷达、车载信息娱乐系统和驾驶员信息系统,成长空间可期。以FPGA巨头Xilinx为例,赛灵 思在汽车上已经形成了自生成熟的闭环的生态系统,提供从高级驾驶员辅助驾系统(ADAS)、自动驾驶(AD)、激光雷达到车载信息娱乐系统(IVI)和驾驶员信息(DI)的全方面支持。


    ADAS/AD领域是赛灵思未来中长期的增长点。而汽车级ACAP 平台的推出则是实现自动化驾驶L4的基础。未来智能驾驶技术逐渐成 熟,FPGA用量提升空间巨大。 


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    数据中心部署FPGA,AI加速卡拉动FPGA需求 


    数据中心逻辑芯片是百亿美元市场,低延迟+高吞吐奠定FPGA核心优势。根据 Intel披露的数据,数据中心领域逻辑芯片市场规模2017年达25亿美元,2022 年有望达到80-100亿美元。数据中心FPGA主要用在硬件加速,相比GPU,FPGA在数据中心的核心优势在于低延迟及高吞吐。微软Catapult项目在数据中心使用FPGA代替CPU方案后,处理Bing的自定义算法时快出40倍,加速效果显著。数据中心对芯片性能有较高要求,硬件即服务模式下,未来更多数据中心采纳。


    ▼FPGA 方案将提高 FPGA 在数据中心芯片中的价值占比。  640?wx_fmt=png

    AI场景中FPGA市场规模2023年有望达52亿美元,未来五年复合增速达38.4%。


    FPGA由于其灵活性及高速运算能力,在AI加速卡领域应用广泛,根据 Semico Research的数据,AI领域FPGA市场规模2023年有望达52亿美元,相比于目前63亿美元的FPGA市场,AI领域的应用不可小觑。 

     

    FPGA在AI领域处理效率及灵活性具有显著优势,未来伴随AI技术发展迎来增 长。在加速二值化神经网络(BNN)中比较FPGA、CPU、GPU 和ASIC,FPGA提供了超过CPU和GPU的效率。即使CPU和GPU提供高峰理论性能,它们也没有得到有效利用,因为BNN依赖于更适合定制硬件的二进制bit级操作。尽管ASIC仍然更高效,但FPGA具有更高的灵活性,无需锁定固定的ASIC解决方案。


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    国产替代叠加行业增长,国产厂商将进入增长快车道


    全球FPGA市场在5G和AI两大驱动因子下未来预计享有稳健增长,而目前国内 100亿人民币市场中,国产厂商占比仅4%,国产率极低。未来随着国产FPGA 厂商技术突破,国产替代进程下,替代厂商增速有望显著高于行业平均,估值和 业绩有望双增。我们认为国产替代仍是FPGA行业投资主线,建议关注国产FPGA厂商及其相关公司的投资机会。  

     

    国内FPGA厂商主要有8家:紫光同创、国微电子、成都华微电子、安路科技、 智多晶、高云半导体、上海复旦微电子和京微齐力。目前营收规模均较小,国产FPGA目前还处于起步期,专利数和国外企业有较大差距。产品角度来看,国产FPGA在硬件性能指标上也远落后于Xilinx及Altera。 


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    近年来国产FPGA虽落后但追赶进度较快,继紫光同创开发出中国唯一一款自处产权千万门级高性能FPGA PGT180H以来,上海复旦微电子于2018年5月在第二届中国高校科技成果交易会上发布了新一代自主知识产权亿门级FPGA 产品, 新产品,填补了国内超大规模亿门级FPGA的空白。未来随着更多企业技术突破,国产替代进程将持续推进。 


    来源:兴业证券

    转自:半导体行业观察


    今天内容分享到此为止,更多FPGA相关知识已经整理成“数据中心服务器知识全解”电子书,全书共190页,分18个章节。全书简要目录如下(详解目录和内容请通过“阅读原文”获取)。


    目录(简略)

    一、 服务器处理器芯片概述 1

    • 1.1 ARM处理器和厂商介绍 2

    • 1.1.1 ARM处理器架构新进展 8

    • 1.1.2 ARM处理器的主流玩家 10

    • 1.1.3 业界对ARM技术发展态度 10

    • 1.2 RISC-V处理器和厂商介绍 11

    • 1.3 MIPS处理器和厂商介绍 15

    • 1.3.1 龙芯产品和新进展 15

    1.4 Alpha处理器和厂商介绍 17 二、 处理器生态和软件堆栈 18
    • 2.1 处理器软件堆栈架构概述 19
    • 2.2  操作系统和预置软件堆栈 20
    • 2.2.1 原生操作系统支持介绍 20
    • 2.2.2 操作系统预置应用程序 20
    • 2.3 通用应用程序移植分析 20
    • 2.3.1 解释型语言应用程序移植 21
    • 2.3.2 编译型语言应用程序移植 21
    • 2.3.3 应用程序安装包 22
    • 2.3.4 ARM与X86编译差异与解决方法 22
    • 2.3.5 改善应用程序并发计算能力 24
    三、 RISC处理器几个关键知识和对比 25 四、 服务器基础知识概述 30 五、 服务器总线知识 50 六、 BIOS/UEFI固件知识 52 七、 服务器认证体系知识 54 八、 服务器CPU基础知识 54 九、 服务器内存基础知识 64 十、 服务器硬盘基础知识 70 十一、RAID基础知识 87 十二、网卡基础知识 93 十三、光纤和连接器基础知识 97 十四、光纤交换机基础知识 123 十五、GPU架构和相关知识 135 十六、FPGA架构和相关知识 179 十七、操作系统基础知识介绍 十八、服务器安全基础知识 196


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    展开全文
  • Xilinx公司FPGA配置方法分析及实现
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  • 1 引言 在便携式电子产品如U盘、MP3播放器、数码相机中...使系统用户能够方便地使用NAND FLASH,为此提出了一种基于FPGA的NAND FLASH控制器的设计方法,并用VHDL给予实现,Modelsim得出仿真结果,并在ALTERA公司的EP2C
  • 该设计基于Altera公司FPGA,首先设计了一个可以通用于Modbus主设备和从设备的Modbus协议接口,然后基于该协议接口设计了一个通用的Modbus从设备协处理器,该接口也可以方便地用于主协议设备中。
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