国产FPGA向往春天

王海力博士，清华大学计算机专业毕业，2005年加入了刚刚成立的京微雅格公司。在王海力等人的辛勤努力下，第一批FPGA产品于2010年上市销售，2011年营业额达129万元人民币，2012年实现了305万元，今年希望突破一千万元大关。随着公司业务的壮大，王海力博士的事业也在不断成长，如今他已是京微雅格的企业规划与业务发展总监，公司管理团队成员之一。

国产FPGA向往春天


　　为何京微雅格的营业额能够迅速崛起?首先，FPGA是未来20年里重要的基础芯片，不仅发展潜力大，也有战略意义，因此受到了国家的高度重视。王海力博士引用了去年在美国加州举行的“FPGA 2032”大会上的报告，大会由业界顶尖的专家对FPGA技术未来20年的走向进行了预测。会议认为，在2032年的主流器件中，除了MCU/CPU、SRAM、存储器等，FPGA也将是一种最基础的器件。另外，FPGA这种概念元素未来也一定会集成到各种各样的芯片中，包括小到生物芯片等看不见摸不到的芯片。因此，做好FPGA这种逻辑可编程的灵活芯片，对国家来说具有长远的战略意义。
　　其次，像许多中国芯公司一样，京微雅格也具有唯一性的特点——是世界上唯一在美国硅谷以外开发出FPGA产品的公司，因此能够吸引政府和社会各界的关注和投资。京微雅格的前身是2003年在美国硅谷创办的Agate Logic公司，2005年与清华大学合作迁来中国北京，累计投资超过5000万美元。公司经历了十个年头，先后研发出7款具有自主知识产权的集FPGA、CPU、存储器为一体的可编程系统芯片。如今推出应用级的第6代产品CME-M“山”系列，也宣告京微雅格自主创新技术平台--可配置应用(CAP)自此形成了较完善的硬件和软件支持平台。

　　再有，京微雅格自身的努力。例如，FPGA最难逾越的一个关键环节是体系结构，即逻辑结构怎么设计，绕线之间应该怎样互联，因为Xilinx和Altera有将近六千项专利在保护这方面。京微雅格经过6代产品的研发和改进，终于推出了具备自主知识产权的Tile架构。

国产FPGA向往春天
　　最后，我国FPGA领域已有多年积淀，为京微雅格的生态环境进行了铺垫。上世纪八九十年代及国家十一五规划已经进行了很多FPGA的理论研究，诸如复旦大学微电子系、中科院的微电子所和电子所、清华大学计算机系等做了面向FPGA/ASIC的硬件及EDA工具的开发。一些本土企业也从“先学习，再逆向”的方法做起了FPGA。在研发上，大家可以互相支持和合作，例如军工等领域对抗辐射等有特殊要求，京微雅格将与中科院、772所等本土科研院所探讨合作机会。

　　避免头顶头

　　京微雅格现在的产品主要还是低端的，逻辑资源不太多。但是2005年公司成立伊始，就对产品进行了独特的定位，即“FPGA+MCU”，是在逻辑芯片上增加了MCU硬核完成多数的控制功能。“严格地说，京微雅格的FPGA不是纯粹的FPGA。”王海力博士说。

　　“如果只是单比一颗芯片的价格，我们可能跟海外的竞争对手差不太多，但是我们带来了额外的附加价值。”目前的M5(金山)、较早推出的M1(衡山)系列，嵌入的是8051处理器内核，即将于今年下半年推出的CME-M7(宝山)系列里融入了ARM Cortex-M3处理器内核，具有约1.2万个查找表的可编程单元，同时加入8通道12位的A/D转换器，该转换器有1Mbps的采样率，还有闪存等，因此可以称为是一颗可编程的SoC。

　　在应用领域上，京微雅格看好工控等适合小规模逻辑和控制的领域。而相比之下，国际同行新推出的集成ARM Cortex-A9处理器内核的SoC芯片，其查找表是从二十几K起步，大都定位高端应用。但目前在一些工控或医疗的应用中，并不需要用到这么高性能的FPGA芯片。另外，在信息安全和国防军工等国外厂商较难进入的领域，国产FPGA也是较好的切入点。
王海力博士说，FPGA技术上主要有四个难点：架构设计、硬件实现、软件开发以及应用IP开发。京微雅格公司较为完整地解决配套供应链问题。很多FPGA公司功亏一篑的关键原因，在于软件发展的不同步。在FPGA的发展壮大过程中，软件将占据60%的重要份量，只有从头到脚全副武装，才能更好的帮助用户完成设计。京微雅格提供的CAP平台，不仅包括芯片，还包括高效的软件套件，并为第三方工具提供接口，使客户很自然的使用第三方开发工具。

　　在制造方面，最初的1K逻辑产品M1(衡山)系列是在中芯国际(SMIC)流片，2010年时采用130纳米制程。2012年发布的CME-M5(金山)系列代工伙伴是台积电(TSMC)，采用65纳米制程。今年下半年将发布的CME-M7(宝山)系列代工伙伴是联电(UMC)，会采用55纳米的工艺。

国产FPGA向往春天
　　向往春天

　　目前，京微雅格集成了增强型8051的“山”系列产品M0、M1、M5已经推向市场，整合了ARM Cortex-M3的M7产品也将面世。

　　随着逻辑资源的不断增加，京微雅格将30K及以上逻辑资源产品定义为“云”系列，计划明年将有产品问世，主要面向高端市场。

　　面向超高端市场的应用，京微雅格也在做着技术储备，未来会规划“星”系列的产品。

　　针对手持终端等移动互联网设备对功耗或其他有特殊要求的行业应用，京微雅格也在规划“湖”系列的产品系列，主要强调低功耗、低成本和高可靠性。

　　如何成奇葩?

　　笔者注意到，京微雅格的前期投资5000多万美元，2012年实现了销售收入305万人民币，可见目前的投入和产出差距还较大。那么，作为一家企业，京微雅格如何早日实现造血功能?众所周知，集成电路发展最需要的是资金和人才，这里不再赘述，只是谈谈笔者对FPGA市场的粗浅认识和心得。

　　首先，建议京微雅格专注低端，解决生存问题。京微雅格的前身——Agate Logic就是在美国硅谷走高端的FPGA公司，从其改弦易辙看，京微雅格既不能模仿Achronix公司从Intel-22nm-TriGate合作上横空出世，也不能和市场双擎——Xilinx和Altera斗法，低端FPGA市场有Lattice当道，还有被Microsemi纳入旗下的Actel FPGA部门在做Cortex-M3 FPGA，另有Quicklogic走超低功耗的便携式/手机之路。笔者认为，从京微雅格的“山云星湖”规划看，过于宏大壮美，精力恐怕会有所分散。建议做好低端，拿下中高端FPGA厂商看不上的利润，来积聚自主生存的力量。将来如果有足够的资金，从竞争对手那里挖来一些人才，比自己培养高端人才省力很多。

　　其次，以FPGA为本。京微雅格目前的产品定位是“FPGA+MCU”的系统芯片，其目标市场领域不是严格意义上的FPGA传统市场。但是，笔者认为应该以FPGA为主，产品系列以价格、功耗、性能进行分类，FPGA应该是京微雅格的核心竞争力，这个尺度一定要把握好。纵观Xilinx、Altera等公司，多年前就有嵌入式微控制器核，例如Xilinx的MicroBlaze软核，Altera的Nios I/II软核，Actel(后被Microsemi收购)也有ARM核，但是最强、最成功的都是FPGA。究其原因，现在很多专业的ASSP(例如MCU、DSP和处理器)和ASIC也在增加编程能力，或在芯片中也在添加可编程逻辑。Xilinx和Altera面临着与这些ASSP/ASIC大牛的激烈较量。建议京微雅格也效仿，瞄准一些低端ASSP/ASIC市场进军。目前京微雅格看中了工控领域，无独有偶，Altera和Xilinx也定位之一是工控市场，但瞄准的是机器人和高度自动化生产线，京微雅格面向PLC等工控市场，这一步可行性很大。京微雅格可以继续参考FPGA大牛们的目标市场，例如视频安防、汽车电子等。

　　向春天跋涉

　　当然，榜样的力量是无穷的。笔者曾认为展讯是个好榜样，可惜今年7月已嫁给清华紫光集团，有了稳定的饭碗。因此，王海力等人的工作更有挑战性，他们需要探索前人没走过的路，不仅为自己追寻春天，还为中国也有好的FPGA!