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兩大美國寡頭壟斷FPGA領(lǐng)域35年,國產(chǎn)8大家能否打破市場壟斷

牽手一起夢 ? 來源:芯東西 ? 作者:佚名 ? 2020-06-04 14:34 ? 次閱讀
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5月底,據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露,華為已儲備2年的美國關(guān)鍵芯片,尤其希望多儲備對5G基站至關(guān)重要的進(jìn)口FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)。

頂著“萬能芯片”美譽(yù)的FPGA,在2020年開篇刷足了存在感,不僅是各大救命呼吸機(jī)的核心組件,也是5G、AI、大數(shù)據(jù)中心等熱門新基建項目的一個關(guān)鍵動力源泉。

據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)MRFR統(tǒng)計,2019年全球FPGA市場規(guī)模約為69億美元,預(yù)計到2025年市場規(guī)模有望達(dá)到125億美元。

一方面,我國5G新基建蒸蒸日上,推動FPGA市場需求走高;另一方面,美國豎起的技術(shù)鐵幕,迫使國產(chǎn)FPGA力量加速成長。

時代使然的多重因素交匯于同一賽道,在半導(dǎo)體自主替代的大潮中,“可用”已經(jīng)難以滿足市場對FPGA的需求,如不想被上游來自國外的枷鎖困住手腳,國產(chǎn)玩家必須具備敢與世界一流競爭對手扳手腕的雄心,以及扛住壓力攻關(guān)先進(jìn)技術(shù)的恒心。

在這場背負(fù)著振興國產(chǎn)FPGA的競賽中,我們現(xiàn)有實力距離國際先進(jìn)水平還有多遠(yuǎn)?細(xì)數(shù)國內(nèi)FPGA八大主要玩家,誰又最有希望沖在前列?

1、三十五載風(fēng)雨路,兩大美國寡頭壟斷FPGA江湖

上世紀(jì)80年代,Ross Freeman一個激進(jìn)的設(shè)想——讓芯片像一張白布,工程師可通過重新編程在其上添加功能,使其能適應(yīng)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格。

Freeman于1948年出生于密歇根州,21歲本科畢業(yè)于密歇根州立大學(xué)物理學(xué),23年獲伊利諾伊大學(xué)碩士學(xué)位,30多歲時在Zilog的Components部門任工程總監(jiān)。

在周邊人眼中,F(xiàn)reeman的創(chuàng)新想法多少有些怪異。

那個時代,晶體管價值珍貴到堪比黃金,但Freeman的這一設(shè)想需要往一顆芯片上塞大量昂貴的晶體管,似乎與當(dāng)時的芯片主流觀念背道而馳。

其團(tuán)隊核心成員之一、后來成為賽靈思第八號雇員的Bill Carter曾回憶道:“當(dāng)他描述完FPGA的概念之后,我第一個念頭就是,瘋了!這是史上對晶體管最不靠譜的浪費(fèi)?!?/p>

不過,外部的質(zhì)疑并沒有將Freeman的創(chuàng)新想法扼殺于搖籃,懷揣著對摩爾定律的信仰,他說服了自己當(dāng)時的領(lǐng)頭上司——Zilog副總裁兼微處理器部總經(jīng)理Bernard Vonderschmitt,共同創(chuàng)立全新的公司賽靈思(Xilinx)。

1985年,賽靈思推出全球第一款FPGA產(chǎn)品XC2064。當(dāng)時這個僅有不到1000個邏輯門數(shù)的創(chuàng)新可編程芯片,因為尚不明晰的商業(yè)落地前景,并沒得到業(yè)界主流的重視。

但正如Freeman所預(yù)料的,晶體管成本隨著時間的推移穩(wěn)步下降,這使得FPGA逐漸成為廣泛應(yīng)用中定制芯片的經(jīng)濟(jì)又靈活的替代品。

正是從此開始,一個全新半導(dǎo)體帝國逐漸崛起,歷經(jīng)35年風(fēng)雨飄搖,正向一個百億美元市場發(fā)起沖刺,賽靈思更是連年主宰這一市場的半壁江山。

消費(fèi)電子、工業(yè)控制、醫(yī)療成像、航空航天、通信到汽車,F(xiàn)PGA在多類市場展現(xiàn)出不可或缺的應(yīng)用價值。

1989年9月26日,美國公布了一項由賽靈思申請的新專利——“由可配置的邏輯元器件及互聯(lián)組成的可配置電路”,這是FPGA發(fā)展進(jìn)程中具有里程碑意義的一個節(jié)點。遺憾的是,專利公布后不到1個月,F(xiàn)PGA之父Ross Freeman因長年慢性病的折磨而與世長辭。

一代半導(dǎo)體巨擘離去,但FPGA巨輪還在加速駛向前方。

過去35年間,F(xiàn)PGA市場風(fēng)云變幻。根據(jù)公開報道,全球有60多家公司先后斥資數(shù)十億美元踏入FPGA領(lǐng)域,其中不乏英特爾、IBM、德州儀器、東芝、三星等芯片巨頭,然而多數(shù)公司最終鎩羽而歸。

實力強(qiáng)大如英特爾,最終也沒選擇從零起步,而是在2015年花費(fèi)167億美元巨資收購當(dāng)時的全球第二大FPGA制造商Altera,這才順利躋身FPGA市場。

2、收購國際FPGA公司受阻,國產(chǎn)替代依賴國內(nèi)玩家

2015年左右,全球FPGA市場已呈現(xiàn)高度集中的“兩大兩小”市場格局,“兩大”指的是賽靈思和Altera,“兩小”指的是萊迪斯(Lattice)和美高森美(Microsemi)。

電子產(chǎn)業(yè)素來老大吃肉、老二喝湯,到老三撿到的肉渣也就夠塞牙縫了。光是“兩大”FPGA寡頭就占據(jù)了近90%的FPGA市場份額,而中國廠商所占份額估計不足4%。

萊迪斯是最早進(jìn)入我國的FPGA供應(yīng)商,不過先一步占領(lǐng)市場并未帶給萊迪斯先發(fā)優(yōu)勢,到90年代下半年,隨著賽靈思和Altera陸續(xù)將視線移向中國,萊迪斯的市場被逐步蠶食。

從90年代起,中國學(xué)術(shù)界亦開始探索FPGA技術(shù),復(fù)旦大學(xué)、中科院均為重要力量。到2010年后,安路科技、西安智多晶、紫光同創(chuàng)、廣東高云等我國知名FPGA企業(yè)先后成立。

在探索FPGA的歷程中,我國逐漸從反向設(shè)計階段走向正向設(shè)計,國內(nèi)對FPGA的應(yīng)用需求也在增長。但時至今日,國產(chǎn)廠商在全球FPGA代表玩家中依然排不上號。

2016年11月,由中資支持的私募基金Canyon Bridge Capital Partners試圖以13億美元收購萊迪斯,然而一年后,這一交易被美國海外投資委員會(CFIUS)以擔(dān)憂國家安全為由叫停。

多家涉及海外并購交易的科技公司對CFIUS這只“攔路虎”都不陌生。此前日本富士通收購仙童半導(dǎo)體被否決、紫光收購存儲芯片巨頭美光受阻、福建宏芯基金收購德國半導(dǎo)體設(shè)備制造商愛思強(qiáng)被中斷等都是CFIUS的“功勞”。

萊迪思并購案告吹,意味著中國無法走海外并購主流公司的捷徑來實現(xiàn)FPGA自主可控,發(fā)展國產(chǎn)FPGA企業(yè)是眼下最為可行也是必行之徑。

無論是傳統(tǒng)的航空航天、通信、工業(yè)、消費(fèi)電子等應(yīng)用,還是新興的AI、5G通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、云計算、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)市場,對FPGA的需求均在持續(xù)走高。

據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)MRFR統(tǒng)計,全球FPGA市場規(guī)模在2013年約為45.62億美元,去年達(dá)到約69億美元,到2022年有望突破100億大關(guān)。

兩大美國寡頭壟斷FPGA領(lǐng)域35年,國產(chǎn)8大家能否打破市場壟斷

▲2013-2025年FPGA市場規(guī)模增長情況

理論上,如果門電路的規(guī)模足夠大,F(xiàn)PGA通過編程能實現(xiàn)任意芯片的邏輯功能,它也因故有“萬能芯片”之稱。

相比CPU、GPU等通用芯片,F(xiàn)PGA并行計算效率更高、計算速度更快,功耗和延時更低。

相比被固化不能修改的專用芯片(ASIC),F(xiàn)PGA因其可根據(jù)不同場景重新編程的特點,有靈活性高、開發(fā)周期短、小批量成本低的優(yōu)勢,能更快的應(yīng)用市場需求變化。

這使得FPGA在需求快速變化的應(yīng)用領(lǐng)域成為獨一無二的存在,也是我國國產(chǎn)FPGA供應(yīng)商必須攻下的堡壘。

無論是方興未艾的5G基站建設(shè),還是走向異構(gòu)計算的云邊端AI加速,只要5G標(biāo)準(zhǔn)仍在變化,AI算法和物聯(lián)網(wǎng)需求尚未定型,F(xiàn)PGA都將扮演相當(dāng)重要的角色。

兩大美國寡頭壟斷FPGA領(lǐng)域35年,國產(chǎn)8大家能否打破市場壟斷

4G基站與5G基站所需芯片價值量對比

FPGA在多個市場的重要性與日俱增,再加上美國在該領(lǐng)域擁有絕對壟斷優(yōu)勢,致使FPGA已成為其制約他國貿(mào)易的有效工具之一。

隨著美國進(jìn)一步升級其出口管制措施,越來越多國內(nèi)廠商意識到,抵御技術(shù)孤立主義的最有利武器,唯有自強(qiáng)不息。

3、扛起國產(chǎn)替代大旗!八大國內(nèi)FPGA玩家

近年來,除了在軍工領(lǐng)域摸爬滾打外,國內(nèi)FPGA企業(yè)已將其自研產(chǎn)品應(yīng)用于通信、工業(yè)、軍工航天、消費(fèi)電子的部分領(lǐng)域,并開始向數(shù)據(jù)中心、智能終端等應(yīng)用延展。

兩大美國寡頭壟斷FPGA領(lǐng)域35年,國產(chǎn)8大家能否打破市場壟斷

▲中國FPGA產(chǎn)業(yè)市場分布情況

當(dāng)前我國主流的國產(chǎn)FPGA產(chǎn)品多采用55nm及40nm制程工藝,最先進(jìn)FPGA制程尚在28nm,與已達(dá)到7nm的國際先進(jìn)水準(zhǔn)尚有不小距離。

但樂觀來看,我國FPGA玩家已開始加速奔跑,一方面追趕高端FPGA,另一方面在部分民用中低端市場已具備替代國際FPGA產(chǎn)品的實力。

這里我們重點列數(shù)八家有望沖刺民用市場中高端FPGA產(chǎn)品的國產(chǎn)FPGA廠商,包括1家北京企業(yè)、3家上海企業(yè)、1家廣州企業(yè)、1家深圳企業(yè)、1家西安企業(yè)和1家成都企業(yè)。

以下排名按成立時間倒序:

兩大美國寡頭壟斷FPGA領(lǐng)域35年,國產(chǎn)8大家能否打破市場壟斷

▲國產(chǎn)FPGA主要公司

1、京微齊力:二次創(chuàng)業(yè),瞄準(zhǔn)AI云邊端

論成立時間,京微齊力是算是最晚的,2017年6月才成立。但論野心和經(jīng)驗,京微齊力絲毫不輸于其他國產(chǎn)FPGA廠商。

京微齊力成立于2017年6月,定位是中國最優(yōu)秀的國產(chǎn)FPGA及新一代異構(gòu)可編程計算芯片的供應(yīng)商。

其創(chuàng)始人兼CEO王海力本科畢業(yè)于國防科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)專業(yè),碩士和博士畢業(yè)于清華大學(xué)計算機(jī)系EDA專業(yè)。

2015年年底,還在清華大學(xué)讀博士的王海力加入一家新成立的中外合資FPGA公司雅格羅技,這家公司在北京市引導(dǎo)資金的支持下于2010年更名為“京微雅格”。

在國家及地方項目的支持下,京微雅格自主研發(fā)的從低規(guī)格到高規(guī)格的FPGA產(chǎn)品系列陸續(xù)量產(chǎn)??上r運(yùn)不濟(jì),到2016年,前期開發(fā)產(chǎn)品市場推廣受阻、項目資金遲遲未落實等多重原因,致使京微雅格運(yùn)營陷入困境,上百名員工離職。

在征求原公司股東的同意后,包括王海力在內(nèi)的公司僅剩8名堅守員工于2017年6月成立京微齊力,成立不到2個月便拿到了近700萬元天使輪融資,次年1月又獲得由??祷痤I(lǐng)投的數(shù)千萬元Pre-A輪融資。

人才方面,原公司核心技術(shù)團(tuán)隊是國內(nèi)第一批正向設(shè)計FPGA芯片的成員,王海力將其中部分專家重新招入麾下,將團(tuán)隊發(fā)展到逾50人。

重整旗鼓的京微齊力,在獲得京微雅格上百件專利和專有技術(shù)的授權(quán)及二次開發(fā)權(quán)后,不僅面向通信、工業(yè)、醫(yī)療等場景提供傳統(tǒng)FPGA芯片,還瞄準(zhǔn)云端服務(wù)器、消費(fèi)類智能終端等新興場景,研發(fā)新一代AI可編程芯片AiPGA、邊緣異構(gòu)芯片HPA、嵌入式可編程eFPGA三大系列產(chǎn)品。

截至2019年9月,公司已實現(xiàn)銷售過千萬元,超過上一年全年。除已量產(chǎn)的40nm FPGA芯片外,該公司也在發(fā)力中高端FPGA產(chǎn)品,開始研發(fā)新一代28nm/22nm FPGA產(chǎn)品。

2、上海遨格芯:從編譯軟件切入生態(tài)鏈

上海遨格芯微電子(AGM)成立時間比京微齊力早兩年,為一家中低端、低密度FPGA的芯片提供商。

該公司由來自美國硅谷知名可編程邏輯芯片企業(yè)的團(tuán)隊和國內(nèi)資深工程團(tuán)隊創(chuàng)辦,以開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的編譯軟件開始,兼容切入現(xiàn)有FPGA軟件的生態(tài)鏈。

在成立最初兩年,沒有背景的AGM團(tuán)隊擠在上海張江集電港的一個共創(chuàng)空間里,默默地打磨產(chǎn)品、給客戶試用。

在看到智能手機(jī)風(fēng)口后,AGM推出一款用于智能手機(jī)及物聯(lián)網(wǎng)的FPGA芯片,并通過了三星公司嚴(yán)格的供應(yīng)商測試認(rèn)證,成為三星Galaxy手機(jī)除萊迪斯外唯一備選的FPGA器件,實現(xiàn)了國內(nèi)FPGA公司出口零的突破。

經(jīng)過近幾年的產(chǎn)品迭代及市場擴(kuò)展,AGM逐漸積累起較穩(wěn)定的客戶,并形成面向CPLD、FPGA、FPGA+CPU、SoC等方向的多個產(chǎn)品線,產(chǎn)品覆蓋消費(fèi)電子、工業(yè)、通信、AI計算等市場,成為國內(nèi)FPGA領(lǐng)域表現(xiàn)亮眼的一匹“黑馬”。

3、廣東高云:首款28nm中高密度FPGA

相較AGM,廣東高云半導(dǎo)體在國內(nèi)FPGA的知名度或許相對更高。

其CEO朱璟輝和SVP宋寧都曾在萊迪斯工作。朱璟輝從清華大學(xué)畢業(yè)后,曾于1996年-2011年在萊迪斯任職,歷經(jīng)七代FPGA產(chǎn)品的研發(fā);宋寧在萊迪斯、Cadence均曾任職高級工程師。

目前其研發(fā)團(tuán)隊逾百人,在硅谷、上海、濟(jì)南均建立了研發(fā)中心,核心技術(shù)人員平均從事核心FPGA軟件、硬件技術(shù)開發(fā)超過15年以上;其產(chǎn)品已經(jīng)滲透到十多個行業(yè)中,在通信、工控、消費(fèi)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

自2014年成立以來,高云半導(dǎo)體堅持正向設(shè)計,先后推出晨熙、小蜜蜂兩個家族、4個系列的FPGA產(chǎn)品,涵蓋了11個型號、50多種封裝的芯片、自主知識產(chǎn)權(quán)EDA開發(fā)軟件并持續(xù)改進(jìn)。

2015年一季度,該公司量產(chǎn)出國內(nèi)第一塊產(chǎn)業(yè)化的55nm工藝400萬門的中密度FPGA芯片,并開放開發(fā)軟件下載;2016年第一季度又順利推出國內(nèi)首顆55nm嵌入式Flash SRAM的非易失性FPGA芯片;2018年,高云宣布研發(fā)成功國內(nèi)首款28nm中高密度FPGA芯片GW3AT-100。

2019年,高云半導(dǎo)體邁出向新興運(yùn)算平臺拓展的重要一步,實現(xiàn)異構(gòu)SoC FPGA的產(chǎn)品化,推出各種支持Arm、RISC-V軟/硬核的FPGA產(chǎn)品,在此基礎(chǔ)上高云半導(dǎo)體研發(fā)了GoAI解決方案,性能較單獨使用Cortex-M類微控制器提高了78倍以上。

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4、深圳紫光同創(chuàng):高性能FPGA已量產(chǎn)商用

安路科技、紫光同創(chuàng)和高云半導(dǎo)體曾被臺媒稱為“國內(nèi)FPGA三架馬車”。

紫光同創(chuàng)是紫光集團(tuán)旗下紫光國微的子公司,成立于2013年,有十余年可編程邏輯器件研發(fā)經(jīng)歷,布局覆蓋高中低端FPGA產(chǎn)品。

紫光同創(chuàng)具備大規(guī)模FPGA全流程開發(fā)設(shè)計能力,產(chǎn)品市場覆蓋航天航空、通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全、AI、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

早在2015年,紫光同創(chuàng)就成功推出國內(nèi)第一款實現(xiàn)千萬門級規(guī)模的全自主知識產(chǎn)權(quán)高性能FPGA芯片Titan系列,采用40nm工藝,可編程邏輯資源最高達(dá)18萬個,已廣泛應(yīng)用于通信、信息安全等領(lǐng)域。

Titan系列高端FPGA產(chǎn)品PGT180H已向國內(nèi)多家領(lǐng)先通信設(shè)備廠商批量供貨,該型號產(chǎn)品去年全年銷售額近1億元。

今年3月,紫光同創(chuàng)推出Logos-2系列高性價比FPGA,采用28nm CMOS工藝,相較上一代40nm Logos系列FPGA性能提升50%,總功耗降低40%,可滿足工業(yè)自動化、物聯(lián)網(wǎng)、視頻圖像處理等應(yīng)用需求,已量產(chǎn)發(fā)貨。

5、西安智多晶:小米為第四大股東

去年9月,小米旗下長江小米產(chǎn)業(yè)基金以227.7萬人民幣投資智多晶,持股9.26%,成為智多晶第四大股東。

智多晶的創(chuàng)始人賈紅也是清華學(xué)子,1982年考入清華大學(xué)核物理專業(yè),1992年赴美讀書,到2012年與幾位志同道合的朋友一拍即合,回到陜北家鄉(xiāng)發(fā)展最快的西安高新區(qū)創(chuàng)業(yè),成立智多晶,隨后還在北京設(shè)有EDA軟件研究中心。

其創(chuàng)始團(tuán)隊擁有超過20年的FPGA設(shè)計制造經(jīng)驗,曾就職于海外該領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè),并擔(dān)任多個專業(yè)方向技術(shù)帶頭人。

智多晶曾于2013年10月正向研發(fā)出首款擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的可編智能FPGA芯片,據(jù)說是全球除四家美國公司之外,第五個跨過技術(shù)門檻的團(tuán)隊。

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▲智多晶展位現(xiàn)場

目前智多晶已實現(xiàn)55nm、40nm中密度FPGA的量產(chǎn),并針對性推出了內(nèi)嵌Flash、SDRAM等集成化方案產(chǎn)品,截至2018年已批量發(fā)貨2KK片,2019年芯片銷售額有望破1億元。

智多晶現(xiàn)有產(chǎn)品Seagull 1000系列CPLD芯片、Sealion 2000系列FPGA芯片等已受到市場認(rèn)可,2017年以來累計出貨量逾一千萬片。

其產(chǎn)品覆蓋市場包括LED驅(qū)動、視頻監(jiān)控、圖像處理、智能儀表、工業(yè)控制、4G/5G通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等,已與富士通、諾瓦電子、??低?/u>等多家知名企業(yè)建立合作關(guān)系,并開始研發(fā)測試智能人臉識別芯片。

去年該公司已在積極籌劃28nm FPGA芯片的研發(fā)落地。

此外,智多晶還于2017年并購了平臺化FPGA軟件解決方案的開創(chuàng)者——北京飄石科技,借此進(jìn)一步完善軟件布局。飄石科技成立于2007年,曾參與或獨立完成10多個系列、近30款世界主流FPGA廠商及FPGA初創(chuàng)公司的FPGA器件的開發(fā)軟件支持。

6、上海安路科技:28nm今年批量供應(yīng)

2020年5月19日,在上海市科學(xué)技術(shù)獎勵大會上,上海安路科技自主完成的“基于混合粒度邏輯結(jié)構(gòu)的自主FPGA研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”項目榮獲2019上海市科技進(jìn)步獎三等獎。

安路科技成立于2011年,總部位于上海張江,2014年獲中信資本投資,2015年獲杭州士蘭微和深圳創(chuàng)維集團(tuán)聯(lián)合投資,2017年獲華大半導(dǎo)體和上??萍紤?zhàn)略投資。

安路科技團(tuán)隊已從2019年初的120人擴(kuò)張到逾200人,量產(chǎn)及在研產(chǎn)品覆蓋高中低端,面向數(shù)據(jù)中心、AI、通信、工業(yè)控制、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。

此前安路科技量產(chǎn)的中等性能FPGA芯片成功進(jìn)入LED顯示屏控制卡市場和高清電視TCON控制卡市場,并計劃與國內(nèi)通信企業(yè)展開深度合作。

2019年,上海安路科技實現(xiàn)了業(yè)績翻3倍的目標(biāo),進(jìn)入主流通信市場,F(xiàn)PGA產(chǎn)品實現(xiàn)中小容量重點型號覆蓋,可以替換大部分國外同類型號,同時安路的大容量器件也在全力研發(fā)中。

其FPGA從55/40nm進(jìn)入主流28nm工藝平臺,在器件性能和容量上也都有較大的提升,相應(yīng)地對FPGA編譯軟件和IP也提高了要求,28nm器件預(yù)計在2020年批量供應(yīng)。

供貨方面,安路啟用了國產(chǎn)供應(yīng)鏈,大部分芯片設(shè)計、生產(chǎn)、封裝、測試都在國內(nèi),供貨周期優(yōu)勢明顯。

在今年年初接受媒體采訪時,安路科技總經(jīng)理文余波提到公司在滿足通信、工控需求外,少量芯片被放到消費(fèi)電子市場,在報價等同于國際先進(jìn)器件的情況下,客戶也愿意優(yōu)先使用安路的芯片,給出的原因是安路的器件性能好于國外競品、質(zhì)量更好。

另據(jù)公開報道,安路科技預(yù)計將在2020年實現(xiàn)一千萬門級產(chǎn)品的量產(chǎn),并將完成五千萬門級產(chǎn)品的研發(fā)。

7、成都華微科技:出身國家“909”工程

成都華微科技是國家“909”工程集成電路設(shè)計公司和國家首批認(rèn)證的集成電路設(shè)計企業(yè),隸屬于中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán),于2000年3月注冊。

該公司由華大集團(tuán)、成都成電大學(xué)科技園、成都創(chuàng)新風(fēng)投、成都華微員工團(tuán)隊四家股東共同投資創(chuàng)辦,是位于成都的一家軍民融合企業(yè),專業(yè)涉及微電子、計算機(jī)、通信、電子信息、軟件等相關(guān)領(lǐng)域。

其研發(fā)團(tuán)隊與大股東單位電子科技大學(xué)旗下大規(guī)模集成電路設(shè)計中心組成了聯(lián)合攻關(guān)小組,建立了強(qiáng)有力的研究開發(fā)合作平臺。

成都華微科技主要從事可編程邏輯器件、系統(tǒng)級芯片、存儲器、AD/DA芯片、電源管理等器件開發(fā),連續(xù)承擔(dān)國家“十一五”、“十二五”、“十三五”FPGA重大專項,可編程邏輯器件、高速高精度ADC/DAC領(lǐng)域居于國內(nèi)領(lǐng)先地位。

目前成都華微科技是中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的異構(gòu)可編程片上系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新中心。

8、上海復(fù)旦微電子:超大規(guī)模億門級FPGA

今年3月20日,上海復(fù)旦微電子發(fā)布輔導(dǎo)備案,輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)為中信建投,向科創(chuàng)板發(fā)起沖刺。

上海復(fù)旦微電子于1998年在復(fù)旦大學(xué)逸夫樓成立,曾于2000年在港交所上市,2019年擬于A股上市,今年3月更換輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)沖刺科創(chuàng)板。

該公司在FPGA領(lǐng)域有近20年的研究和發(fā)展,是國內(nèi)為數(shù)不多自主研發(fā)FPGA的研究機(jī)構(gòu)。

前期復(fù)旦微電子曾研制出的自主知識產(chǎn)權(quán)千萬門級FPGA產(chǎn)品,突破了在傳統(tǒng)集成電路設(shè)計基礎(chǔ)上的高可靠性設(shè)計,經(jīng)測試其高可靠性能處于國際領(lǐng)先地位。該系列產(chǎn)品已成功應(yīng)用于我國衛(wèi)星導(dǎo)航、載人航天等重大工程項目中。

在2018年5月第二屆中國高校科技成果交易會上,復(fù)旦微電子發(fā)布新一代擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的億門級FPGA產(chǎn)品,填補(bǔ)了國內(nèi)超大規(guī)模億門級FPGA的空白,各類指標(biāo)已達(dá)國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。

4、走向高端FPGA,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)還需多少努力?

可以看到,盡管我國FPGA企業(yè)正在發(fā)力中,但客觀上,現(xiàn)有國產(chǎn)FPGA的性能實力和市場占有率均與國際先進(jìn)水平存在明顯差距。

兩大美國寡頭壟斷FPGA領(lǐng)域35年,國產(chǎn)8大家能否打破市場壟斷

▲國產(chǎn)FPGA技術(shù)水平差距

面對強(qiáng)大且分工明確的國際FPGA格局,技術(shù)和市場突圍都絕非易事。要縮短這些差距,顯然不能只靠埋頭研發(fā)。

首先,高端FPGA必須攻克。畢竟美企壟斷了絕大多數(shù)FPGA專利和市場,日本、韓國以及歐洲各國又都沒有先進(jìn)的FPGA公司,萬一美國再下狠手升級出口管制措施,我國通信業(yè)的建設(shè)很難避開高端FPGA缺貨的影響。

而要推進(jìn)技術(shù)研發(fā)至少需抓住亮點, 一是采用更先進(jìn)的制程工藝,二是研發(fā)創(chuàng)新架構(gòu)。

制程工藝技術(shù)越先進(jìn),同等芯片面積包含的晶體管數(shù)量越高,可以大幅提升性能和降低功耗,因而國際FPGA頭部廠商已開始采用最先進(jìn)制程工藝。

但制程工藝越先進(jìn),也意味著研發(fā)生產(chǎn)成本越來越高,導(dǎo)致先進(jìn)FPGA研發(fā)頗有“曲高和寡”的意味。

當(dāng)前最先進(jìn)的國產(chǎn)FPGA還基于28nm工藝,流片成本已經(jīng)達(dá)到近千萬人民幣,而留給國產(chǎn)FPGA的市場份額非常少,如果砸錢攻關(guān)更先進(jìn)制程節(jié)點,不能回本的風(fēng)險很大。因此政府以及更多資本的支持也尤為必要。

另外從賽靈思和英特爾Altera兩家寡頭近年在FPGA領(lǐng)域的布局上,我們可以看到先進(jìn)FPGA已不再單純依靠制程迭代來達(dá)到新的性能目標(biāo),未來FPGA進(jìn)化更多需要依靠芯片架構(gòu)的創(chuàng)新。巨頭在產(chǎn)品和市場布局上的一些新動向,也為我國FPGA發(fā)展方向提供了一定的借鑒價值。

除了改良硬件性能外,配套軟件工具的優(yōu)化同樣不容忽視。

FPGA之所以偏“小眾”,一個關(guān)鍵原因就是編程技術(shù)門檻高。FPGA需軟硬件緊密配合才能真正發(fā)揮其性能,其編程采用的verilog或VHDL硬件描述語言本身有難度,在加上編程設(shè)計時需考慮應(yīng)用場景的多樣性、復(fù)雜性和效率,編譯難度令不少工程師頭疼。

國際主流企業(yè)的軟件開發(fā)工程師配比已達(dá)到50%,而且賽靈思、英特爾Altera都在著力通過軟件優(yōu)化持續(xù)降低FPGA開發(fā)門檻。

比如賽靈思去年推出統(tǒng)一軟件平臺Vitis,讓軟件開發(fā)者也能高效開發(fā)硬件;英特爾則亮出面向異構(gòu)計算的大招,其oneAPI讓開發(fā)者可以跨CPU、GPU、FPGA、ASIC等多種架構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

▲賽靈思統(tǒng)一軟件平臺Vitis面向軟件開發(fā)者

而國內(nèi)企業(yè)普遍軟件開發(fā)工程師配比偏低,配套軟件和工具也相對缺乏,對上游的EDA等軟件工具以及IP核心依賴程度較高。實現(xiàn)自主替代、提升國內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)競爭力,顯然也離不開國內(nèi)生態(tài)上下游的共同努力,離不開從EDA與IP核、芯片到應(yīng)用的完整生態(tài)的構(gòu)建。

一些國內(nèi)FPGA玩家已在為完善國產(chǎn)FPGA開發(fā)生態(tài)環(huán)境做出努力。例如近日,紫光同創(chuàng)聯(lián)合國內(nèi)FPGA方案提供商芯驛電子(ALINX)共同推出國產(chǎn)入門級FPGA開發(fā)套件,開發(fā)板加下載器套餐價格低至470元,為初學(xué)者及高校學(xué)生、研究院所提供了更加低成本的FPGA開發(fā)平臺。

還有一個掣肘國內(nèi)FPGA生態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵要素——教育資源和人才的缺乏。有第三方數(shù)據(jù)統(tǒng)計,美國FPGA工程師有三四十萬,而 中國FPGA工程師僅有兩三萬,約為美國的1/10。

一方面,硬件描述語言編程難度大、教育資源相對稀缺、開發(fā)成本高等壁壘,將許多開發(fā)者拒在FPGA的門外。另一方面,優(yōu)秀的FPGA人才通常會集中在頂級FPGA企業(yè),國產(chǎn)FPGA勢力暫時在招攬高端人才上不占優(yōu)勢。

現(xiàn)有高端人才可以通過優(yōu)化國內(nèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境來招攬,但人才缺口的貼補(bǔ)必須通過教育。

由于技術(shù)差距已經(jīng)明顯,短期內(nèi)很難跟上, 找準(zhǔn)市場定位、制定切實可行的產(chǎn)品路線可能對一個企業(yè)能否長存更為重要。

5、結(jié)語

國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的漫漫突圍路只是中國集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)化的一個縮影,在動蕩的地緣沖突背景下,關(guān)鍵芯片自主可控已成為保持我國信息技術(shù)發(fā)展速度以及守衛(wèi)國格的必然選擇。

但真正實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控絕不可能只靠一個華為海思,需要更多國產(chǎn)芯片廠商未雨綢繆,打造更多可替代國際產(chǎn)品的自主研發(fā)芯片。

追趕國際先進(jìn)芯片水平的道路依然艱辛漫長,但有些事不是因為看到了希望所以堅持,而是咬牙堅持到最后,終見曙光。

我們期待未來國內(nèi)廠商能交出令人驚喜的答卷,也應(yīng)給予負(fù)重前行的半導(dǎo)體從業(yè)者們足夠的敬意與包容。

責(zé)任編輯:gt

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