中国发展自主FPGA产业迎来窗口期

作为一种可编程逻辑器件，FPGA在二十多年的发展历程中，从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心。随着人工智能、机器学习、工业控制、无人驾驶、大数据等对并行计算的强烈需求，以及半导体工艺技术的进步，FPGA的未来被持续看好。在此背景下，中国发展FPGA有着重要意义。

一、FPGA在工业互联网和工业机器人设备中应用不断扩大

《中国制造2025》是我国工业制造业的十年发展规划，它的出台将互联网和制造业更加紧密地结合起来，工业设备的自动化、控制技术的智能化发展趋势已经成为人们的共识。受益于工业自动化与智能化的发展，拥有弹性设计特性的FPGA有望更加广泛地应用到工业系统的各个环节当中。对此，广东高云半导体科技股份有限公司副总裁兼首席技术执行官朱璟辉向《中国电子报》记者表示，在传统的工业控制领域，FPGA已经有了较多的应用，如PLC、人机界面HMI控制、马达控制、视频监控、机器视觉等，是工业控制系统中重要的基础器件。FPGA的可程序化逻辑特性，让它比其他ASIC或MCU有更大的设计弹性。

朱璟辉说：“随着科技的进展，制造业走向更高度的自动化与智能化，对工业控制技术等领域不断产生新的需求，在未来的工业制造领域，FPGA将有更大的发展空间。目前来看，有两个领域的应用前景十分巨大：一是工业互联网领域。作为未来制造业发展的方向，工业大数据、云计算平台、MES系统等都是支持工业智能化的重要平台，它们需要完成大数据量的复杂处理，FPGA在其中可以发挥重要作用。二是工业机器人设备领域。在多轴向运作的精密控制、实时同步的连接以及设备多功能整合等方面，兼具弹性和整合性的FPGA，更能展现设计优势。”更高度的功能整合、降低成本，缩小产品尺寸，将是工业4.0时代的发展大趋势。FPGA可以助推这个趋势的发展。

其实除了工业应用之外，FPGA的应用领域还有很多。资料显示，如果依销量为序，FPGA的应用市场依次为通信、工业、军事、航空、消费、数据中心、汽车和医疗。“随着技术的发展，新的应用市场不断出现，现在人工智能、机器学习、无人驾驶、大数据等，对并行计算都有着强烈的需求，而这些正是FPGA拥有天然优势的新方向。如汽车ADAS ，需要处理实时高清图像，及时分析识别与处理，FPGA的作用明显。在人工智能方面，深度学习神经网络也需要进行大量并行运算。”朱璟辉说。
二、三重利好推动，中国发展FPGA正当其时

正是由于FPGA在网络通信、芯片设计原型验证、军事航空、大数据并行运算等领域具有战略价值。中国非常有必要发展FPGA产业。据业内人士称，FPGA市场基本上国外Xilinx、Altera(英特尔并购)、Lattice三家为大。近些年来，国内一些FPGA厂商也在崛起，如高云半导体、同创国芯、安路科技等。不过，从公开数据来看，目前的国产FPGA市场自给率很低，小于1%。从技术上看，国际公司已覆盖65/55/40/28/20/16纳米程制，从1K到KK LUTs形成系列产品。国产FPGA只有65/55/40纳米、1L-55K LUTs的产品。

对此，朱璟辉表示，当前正是中国发展自主FPGA产业的重要窗口期。首先，FPGA的应用面正在拓宽，特别是《中国制造2025》、“强基战略”等对芯片安全、国产化有了迫切的需要，加上消费电子等领域潜在需求的爆发，中国正在成为FPGA的重要市场。其次，随着国际巨头竞争的激烈，产业调整，导致优秀人才溢出，为国内FPGA厂商获得高端人才创造了条件。最后，国际专利时效的到期(特别是基础专利)，也为国内厂商进行技术性规避创造了条件。

朱璟辉介绍说：“高云半导体致力于FPGA的国产化。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。应用可以覆盖视频、工业控制、消费和安全领域，逐步渗透机器学习、物联网、智能控制等领域。”

“下一步高云半导体将开展28纳米中高密度产品，切入通信及计算市场，计划在2017年推出500万~2000万逻辑门带高速接口类Xillinx7系列产品，进入通信、大数据高速运算等涉及国家安全急需的关键领域。”

三、入式FPGA概念虽好，要发展起来仍面临严峻挑战

在谈到FPGA的发展趋势时，朱璟辉表示，高密度、高速度、宽频带、高保密;低电压、低功耗、低成本;IP软/硬核复用、系统集成，紧密结合应用需求，多元化发展是FPGA的总体发展方向。

针对日前有公司推出嵌入式FPGA产品，朱璟辉认为，FPGA在大规模计算和可重构性有强烈需求的数据处理领域表现出色。那些对异构计算有需求的厂商将乐于看到嵌入式FPGA的推出。数据中心就是最好的应用市场之一。但是，FPGA需要有一个完善的复杂生态系统才能保证其使用。现在，从FPGA向eFPGA技术转变需要更复杂的生态系统，因为在这个过程中，需要针对不同的IP核定制一系列复杂的工具套件。因此，嵌入式FPGA概念虽好，想要发展起来仍将面临十分严峻的挑战。

FPGA关注的一个热点领域是目前红透半边天的机器学习。“这些应用是极具灵活性的FPGA天然优势领域所在。”朱璟辉表示，“在数据中心领域，FPGA也是一个不能忽视的重要角色。尤其是现在数据大爆发，对数据中心的需求激增，进而提高了对服务器降温和功耗的需求，具有天然优势的FPGA受到关注。那些原本跑在主处理器上，使用软件实现的功能，可以使用FPGA以硬件编程方式实现，而且更加节能。”

其实除了工业应用之外，FPGA的应用领域还有很多。资料显示，如果依销量为序，FPGA的应用市场依次为通信、工业、军事、航空、消费、数据中心、汽车和医疗。“随着技术的发展，新的应用市场不断出现，现在人工智能、机器学习、无人驾驶、大数据等，对并行计算都有着强烈的需求，而这些正是FPGA拥有天然优势的新方向。如汽车ADAS ，需要处理实时高清图像，及时分析识别与处理，FPGA的作用明显。在人工智能方面，深度学习神经网络也需要进行大量并行运算。”朱璟辉说。

FPGA领域从来不缺乏竞争，但最近展现出的竞争格局似乎与前几年略有不同。传统双雄Xilinx与Altera不再单纯比拼工艺节点，而是更加倾向从单纯芯片供应 商向系统级解决方案供应商转变。Lattice也放弃了此前对两家苦苦追赶的策略，及时转型，猛攻消费类市场。短短三年间，消费电子市场为Lattice 全年总营收的贡献比例，从原来的不足5%一跃增长到目前的30%，增幅超过300%，iCE器件出货量累计超过2.5亿片。现在，让我们一起梳理一下这三 家厂商最新的动态。

                             

中国发展自主FPGA产业迎来窗口期

中国发展自主FPGA产业迎来窗口期