國產FPGA芯片的出路在哪？

    如果沒有那麼多錢去燒，沒有那麼多優秀的工程師，沒有和晶圓廠良好的關係，就不要去想把自己的產品定位到高端領域。很多細分市場上，國產FPGA還是有很多機會的，隻要有足夠的實力，有非常好的市場定位，國產FPGA也是能夠自力更生的。

 

    “和中國大多數集成電路設計公司一樣，我們(京微雅格)還十分弱小，一直在自主創新的道路上艱難跋涉。”日前，集成電路設計公司京微雅格經營上遭遇困境在行業內引發不小的震動，以上是該公司在公開信中對負麵新聞的回應。

 

    從媒體和京微雅格自身披露的信息中可以看出，京微雅格確實遭遇了不小的挫折，事態的發展還需要靜待觀察。

 

    不過，對很多網友而言，也許根本就從未聽說過京微雅格這家公司，也從未聽聞過什麼是FPGA。通過京微雅格事件，我們或許能夠認識到FPGA的國際競爭環境之惡劣和技術壁壘之嚴格，要取得國產化芯片的突破，道阻且長。

 

    什麼是FPGA

 

    “FPGA是現場可編程門陣列的英文縮寫，它是一種邏輯電路，也是進行信息處理所需的芯片類型之一。”中國科學院計算技術研究所研究員張佩珩向記者解釋說。

 

    如果從信息處理視角來分類的話，所需的芯片大致可分為三類：CPU(中央處理器)、FPGA(現場可編程門陣列)、ASIC(專用集成電路)。

 

    “CPU是最通用的芯片，大家也最熟悉。”張佩珩說。CPU作為通用計算機的處理核心，它具備處理各式各樣指令要求的能力，並且是在存儲於外部存儲器中的程序的控製下運行的，因此，對於信息處理而言，CPU最靈活也最通用，但如果隻是用來處理某類固定的算法，CPU的性價比和效能比可能會比較低。

 

    ASIC的亮點在於專用，因為它是量身定製的，所以執行速度較快，大規模應用時其性價比和效能比都非常高，但ASIC的研發成本也非常高，而且一旦生產出來，它的功能就無法修改了。

 

    “FPGA介於CPU與ASIC之間。”張佩珩說。FPGA芯片中預設了大量的基礎邏輯部件資源和布線資源，用戶可以通過在線編程來改變它的連接關係，當改變了連接關係之後，它就具有了某一種功能的處理能力。

 

    作為一類有強項性能的“處理器”，FPGA也逐漸在一些應用領域占領了重要的位置。根據網友林名所說：FPGA的應用領域既很寬又很窄。寬是因為可以用在幾乎任何需要數字電路的領域;窄是因為由於成本、功耗、開發難度等，在每個領域都無法占統治地位。

 

    壁壘重重

 

    根據FPGA的特點，其主要應用是在通訊係統、工業控製、武器控製、醫療電子、消費電子等領域，例如，通信技術要求實現高速、複雜協議，消費電子應用則注重功耗控製、快速交付等，這些應用都是FPGA可以大展身手的領域。近年來FPGA最引人關注的變化趨勢之一就是它的應用領域不斷拓展。百度嚐試用FPGA打造AI專有芯片，並實現了第一版AI專有芯片——百度大腦，這使得百度成為了全球最早將FPGA規模應用在人工智能領域的公司之一。

 

    備受關注的物聯網對芯片也提出了非一般的要求。高度靈活且具有很強平行處理能力的FPGA產品能夠提高傳輸量，縮短回應時間，提高能源效率，不但支援對資料分析和控製功能進行加速，還能夠安全地橋接物聯網應用中不斷發展的各種有線和無線介麵標準，是滿足新興物聯網應用需求的關鍵所在。

 

    數據顯示，2014年，全球FPGA市場總規模達到50億美元，其中中國的市場份額達到了15億美元，占全球市場的三分之一。據分析機構預測，到2020年，全球FPGA 市場規模將達84億美元。同創國芯董事長祝昌華曾對媒體表示，隨著雲計算、雲存儲、工業互聯網、無人駕駛汽車、5G通信等產業的興起，FPGA的市場前景不容小覷。

 

    然而，FPGA進入門檻非常高，目前市場上活躍度最高的四家芯片生產商有賽靈思、阿爾特拉、萊迪思與愛特。這四家公司用近9000項專利構築的知識產權壁壘，很大程度上堵死了後來者追趕的道路。在過去十多年裏，Intel、IBM、三星等數十家公司曾試圖涉足該領域，除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領域之外，其餘公司紛紛折戟沉沙。

 

    “設計難度大、開發周期長、工藝要求高、產量規模小，這些都是製約FPGA發展的因素。”張佩珩說。據了解，某網友的博客文章中提到，在賽靈思和阿爾特拉瓜分了大部分市場，中低端市場還要和萊迪思、愛特虎口奪食的情況下，京微雅格自然在FPGA自主研發的道路上舉步維艱。

 

    何去何從

 

    地平線機器人技術創始人兼首席執行官餘凱向記者坦言，其公司致力開發的機器人深度學習，就對FPGA有很高的要求，“沒有使用過國產FPGA芯片”。

 

    張佩珩所在的研究中心亦多采用賽靈思或阿爾特拉兩家公司的FPGA芯片用於高性能計算機的係統研發以及高性能可重構計算等領域，“國產FPGA芯片或許可以率先在低端市場有所作為”。

 

    行業細分，或許才是國產FPGA芯片的出路。

 

    產品的市場定位是非常重要的。網友熊飛在署名文章中支招：如果沒有那麼多錢去燒，沒有那麼多優秀的工程師，沒有和晶圓廠良好的合作關係，就不要去想把自己的產品定位到高端領域。

 

    定位低端的話，FPGA開發者一定要做一些MCU(微控製單元)和DSP(數字信號處理)做不了的事情，在交叉領域出些成果，例如專利算法、高速接口、特殊工藝、協議棧等等。熊飛認為，這些都是發展策略。

 

    對於FPGA領域，整個生態係統建設也很重要。除了芯片本身還需要大力發展EDA(電子設計自動化)工具，隻有通過高性能的EDA工具才能充分開發出FPGA芯片的潛能。

 

    很多細分市場上，國產FPGA還是有很多機會的，熊飛提到，隻要有足夠的實力，能夠支撐研發支出，有非常好的市場定位，國產FPGA也是能夠自力更生的。