国产FPGA企业:真正全面国产替代还差2.5代

2021-09-13 16:01:16 162

FPGA(Field Programmable Gate Array,可编程门阵列)被称为数字芯片领域的“万能芯片”,它可以通过编程,组合成任意数字电路,可应用到通信、人工智能、手机、航空等各个领域。FPGA作为专用集成电路领域中的一种半定制电路,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。


同时,尽管FPGA赛道较小,但其利润空间巨大。相比于CPU、GPU、ASIC等产品,FPGA芯片利润率要更高。中低密度百万门级、千万门级FPGA芯片研发企业利润率接近50%,高密度亿门级FPGA芯片研发企业利润率更是接近70%。


根据Gartner预测,到2025年,FPGA市场规模将逐渐上升至125.21亿美元,年均复合增速约为11%。FPGA市场格局一直比较稳定,龙头赛灵思(市占率约为50%)与Altera(市占率约为30%)占据大多数市场,国产厂商市场份额和国产化率都不高,因此国产替代可能性极大,国产厂商仍然有很大发展和追赶空间。目前,中国FPGA企业主要有紫光同创、复旦微、高云半导体、安路科技、京微齐力、中科亿海微、智多晶等企业


国产FPGA逆流而上,正向设计加速突围

来源:芯师爷



正向设计加速突围



FPGA芯片属于逻辑芯片,对制程的要求较高,从产品的研发设计到试产,一般需要花费 1-2 年的时间。2012年前,国内FPGA主要是通过反向分析,来满足特定的行业需求。2012年之后,国产正向设计FPGA公司逐渐出现成立。自2017年起,国产FPGA企业才从反向设计到正向设计全面过渡,至此中国FPGA正式迈入发展关键阶段。在自主可控及国产替代的大趋势之下,国产FPGA开始在国内市场得到客户认可。


今年,在由芯师爷举办的硬核中国芯评选的采访活动中,中科亿海微就国产FPGA企业的现状、挑战等话题芯师进行了分享。


中科亿海微副总裁蔡刚分享,中科亿海微一直坚持正向设计的技术路线,具有十余年国产可编程逻辑芯片的研制经验。作为一家国产FPGA企业,中科亿海微经过近几年的发展在产品和技术方面都取得了不错的成果。最近几年,中科亿海微在器件工艺和芯片规模方面实现了跨越式发展,器件工艺由130nm跨越到40nm,芯片规模由百万门级跨越到了千万门级。突破了千万门级可编程逻辑芯片研制的关键技术,成功研制出1350万门、450万门和90万门的可编程逻辑芯片系列产品,能够满足工业控制、加解密运算、接口协议转换、数字信号处理等应用领域的需求。


基于正向设计的技术优势,中科亿海微团队具备提供嵌入式可编程电路IP核硬核的能力,可根据用户需求对IP的资源类型、规模、形状尺寸进行定制化设计。同时推出嵌入式可编程电路IP核评估软件,可在芯片设计前生成用户所需器件,用户可自行对器件进行评估。嵌入式可编程电路IP核可为不同行业提供一种有效的“软件定义芯片”的解决方案,能够在降低系统升级成本的同时提升系统的性能。未来将在通信、人工智能、信息安全和数据中心等更新速度快、带宽要求高的领域实现大量应用。目前公司在40nm工艺节点已能对外提供嵌入式可编程电路IP核技术服务,未来将在更多工艺节点上对外提供服务。


中科亿海微已经可以实现一部分可编程逻辑芯片的国产替代,随着推出产品的不断丰富,未来将会实现更多可编程逻辑芯片的国产替代。



28nm全面追赶,FPGA逆流而上




问:

2020 年国产28nm FPGA正式问世,28nm对国产FPGA究竟意味着什么?同时,这也引发了对行业的追问,我们离实现FPGA国产替代到底还有多远?


中科亿海微副总裁蔡刚与芯师爷分享到,国外FPGA产品目前已发展到第三代,第一代是普通的FPGA器件(包括45nm的6系列FPGA、28nm的7系列FPGA、20nm的UltraScale系列FPGA以及16nm的UltraScale+系列),第二代是嵌入处理器硬核的系统芯片(包括28nm的Zynq系列、16nm的Zynq UltraScale+ MPSoC和RFSoC系列),第三代是面向异构运算的自适应平台(Versal ACAP系列)。


国产28nm FPGA 正式问世意味着国产FPGA达到了国外第一代产品的中端水平,离真正的全面国产替代还存在着2.5代的代差。虽然差距还很大,但国内近年来的发展势头强劲,正在加速追赶,未来5~10年国内FPGA的水平预计会达到与国外处于同一等级。虽然目前差距较大,但28nm FPGA的推出,使得能够实现FPGA国产替代的领域显著增多。未来随着更多高端国产FPGA的出现,FPGA国产替代的领域将会越来越多。



新赛道新机遇,研发人才最关键




问:

新兴的AI、5G通信、工业互联网、自动驾驶、云计算、边缘计算、物联网市场等,对FPGA的需求均在持续走高,FPGA企业如何把握市场机遇?


中科亿海微副总裁蔡刚表示,FPGA企业要把握这些市场机遇需要做好以下几个方面的工作:




1、与新兴领域的系统集成厂商进行紧密合作,深入了解行业的技术痛点,采用个性化的定制设计满足新兴行业的新需求;

2、FPGA企业需要在高端FPGA方面加大研发投入力度,不能紧限于满足低端应用的需求;

3、与高校、研究所紧密合作培养FPGA方向的高端人才,解决人才“瓶颈”问题;

4、加强设计、流片、封装、测试和EDA工具等环节的技术研发力度,不能存在明显短板,才能真正实现全面的FPGA国产替代。






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