国产FPGA夹缝中求生存 何时才能逆势崛起

国产FPGA夹缝中求生存何时才能逆势崛起随着PC和智能手机的普及，相信很多人都或多或少了解，什么CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器)，但你可能不知道，在芯片领域，还有另外一种鲜为人知的芯片——FPGA。无论是在军事领域，还是民用领域都颇具意义。不仅90%的大型军用电子设备都要用到FPGA，在即将到来的5G通信、物联网、大数据等民用领域，FPGA也有非常大的潜力。而恰恰是这样一款重要的芯片，中国却基本依赖进口，国产FPGA在中国市场的占有率仅为2%，即便是很多军用的高端FPGA，也基本依赖于进口，这究竟是怎么回事呢?如果用科学术语来正式介绍，FPGA是现场可编程门阵列。用普通人能听懂的话来说，它就是一个允许你在上面编程的芯片。编程完之后，就可以实现一个特殊的硬件加速算法，比如精确制导武器上的地图匹配。如果还是不懂，没关系，我们举些应用的例子，来看看它能干什么吧。比如，在军事国防领域，FPGA被运用于航天、航空、电子、通信、雷达、高端波束形成系统等领域，在各种军用电子设备中也经常会有FPGA的身影。以相位控制电子扫描阵列雷达(相控阵雷达)为例，一个大型相控阵雷达有几千个TR组件(看不懂没关系，知道它是雷达的一个极为关键的部件就行)，几个TR组件组成一个小的处理单元对信号进行数模转换和预处理，而每个单元就含一个FPGA芯片。另外，对夜战非常重要的红外设备也离不开FPGA。美国国防后勤局就曾采购过美国赛灵思公司的FPGA用于监视、侦察和火控系统中红外传感器的数据处理。除了被广泛运用于军事领域，FPGA芯片在民用市场也颇具潜力，应用场景非常广泛。比如即将到来的5G通信，通信基站其实就是一个小相控阵，这就必须采用FPGA进行数据处理。现有的通信设备也离不开FPGA，比如前段时间美国制裁中兴通讯，FPGA也位列制裁名单之上，而华为和中兴所需的FPGA大多依赖于从赛灵思和阿尔特拉等美国公司进口。在医疗领域，FPGA则被用于声波检测仪、CT扫描仪、核磁共振、x射线等各种设备上。在消费品电子、物联网、汽车电子、机器人、数据挖掘、工控等领域，FPGA也扮演着重要角色。随着机器人、无人机、大数据、物联网、无人驾驶、5G通信的兴起，市场前景会越来越好。根据Gartner统计，从2014年到2023年，FPGA的年均增长率达7%。可以说，几乎你能见到和见不到的大部分电子设备中，都有FPGA芯片这么个玩意儿。目前全球的FPGA市场，基本被前面提到的两家美国公司垄断——赛灵思和阿尔特拉。在过去十多年里，英特尔、IBM、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星等其他60多家公司都曾试图涉足FPGA领域，但纷纷惨败。这其中的原因就在于FPGA的进入门槛极高。一是专利技术壁垒。赛灵思从上世纪80年代开始做FPGA，在30多年时间里积累了丰富的技术和经验，在该领域有异常雄厚的技术底蕴，并与阿尔特拉、莱迪思、美高森美等公司用近9000项专利构筑的知识产权壁垒，很大程度上堵死了后来者追赶的道路。即便是强如英特尔，最后也是以耗资167亿美元收购阿尔特拉获得了FPGA领域的入场券，而非通过自主技术研发在FPGA领域站稳脚跟。二是市场相对偏小。全球FPGA市场总额仅为50亿美元，而英特尔在2015年第四季度的营业收入就达149亿美元。相对偏小的市场份额很难养活太多的大公司，必然导致竞争异常激烈，仅仅少数佼佼者才能生存下来。三是用户对FPGA性能要求高。FPGA很大一部分场景是做一些芯片模拟工作，使用者在其基础上做编程，必然会有很大性能损失，在性能降低了很多以后，还要和CPU等芯片去匹配，使用户会对FPGA的性能有着越高越好的要求。另外，在军用领域，虽然局部场景对FPGA性能要求不高，国内反向设计的FPGA也能满足使用需求，但也有很多场景对FPGA性能也有着非常高的要求。同时，赛灵思、阿尔特拉等巨头在技术上处于绝对领先地位，其FPGA产品往往采用最先进的工艺，并且将工艺的潜力挖的很透，而后来的追赶者则没有这个条件和技术实力，导致性能上大幅逊色于两大巨头。具体来说，赛灵思和阿尔特拉的FPGA已经开始着手采用最先进的14/16nm工艺，而国内FPGA厂商根本无力承担采用先进制程工艺的高昂成本。加上掌握最先进制造工艺的为英特尔、台积电、三星等对中国大陆IC设计公司使用最先进工艺有很多限制——买IP做集成可以，但如果是自主研发的IP，则会有很多限制，如果有军民两用潜力，限制就更多了。这致使国内FPGA厂商大多采用40/55nm工艺，在制造工艺上就处于先天劣势。因此，除了囊中羞涩的用户，或定位于工控等对性能要求有限的特殊情况，大部分用户对FPGA的需求是性能越高越好，这样就会使国内如京微雅格等FPGA厂商即便开发出廉价的中低端产品，也会因性能差距而被很多潜在用户抛弃。正是因为存在这种现象，FPGA的研发难度比CPU还要高。在CPU方面，企业如果做不了高性能的桌面或服务器CPU，还可以做做低功耗嵌入式芯片“曲线救国”。比如如今在智能手机芯片领域呼风唤雨的ARM，就是依靠深耕嵌入式芯片领域，并最终发展壮大羽翼丰满，甚至隐隐威胁到了英特尔的地位;国产的龙芯也可以在高性能芯片无力与Intel抗衡的情况下，依靠做嵌入式芯片实现自给自足、自负盈亏。而FP