FPGA門檻之高在芯片行業(yè)里無出其右,幾十年來全球有60多家公司先后斥資數(shù)十億美元,,前赴后繼地嘗試登頂FPGA高地,,其中不乏英特爾,、IBM、德州儀器,、摩托羅拉,、飛利浦、東芝,、三星這樣的行業(yè)巨鱷,,但是最終登頂成功的只有位于美國硅谷的四家公司:Xilinx、Altera(2015年被英特爾收購),、Lattice,、Microsemi(接近被Microchip收購,已完成了美國的反壟斷審查,,等待中國商務(wù)部的批準中),。其中,Xilinx與Altera這兩家公司共占有近90%的市場份額,專利達到6000余項之多,,如果算上Lattice和Microsemi,,這個數(shù)字將達到10000以上,如此之多的技術(shù)專利構(gòu)成的技術(shù)壁壘注定高不可攀,。
出于國家經(jīng)濟發(fā)展和國防安全考慮,,中國政府多年來投入了數(shù)百億科研經(jīng)費,通過逆向工程方式仿制美國對我禁運的FPGA產(chǎn)品,,從而積累了一定的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),,形成了以正向設(shè)計為主的開發(fā)方式。在軍工航天領(lǐng)域,,主要企業(yè)包括紫光同創(chuàng),、復(fù)旦微電子、華微電子,、中電科58所,、航天772所等;在民品領(lǐng)域,,主要企業(yè)包括廣東高云,、上海安路、西安智多晶,、上海遨格芯等,。
但截至目前,F(xiàn)PGA的國產(chǎn)化進程進展可謂緩慢,。國內(nèi)廠商FPGA產(chǎn)品在中國市場的份額總計不足5%,,占全球市場幾乎為0%,這是一個令人非常沮喪的數(shù)字,。不僅如此,國內(nèi)廠商在技術(shù)水平和國外大廠的差距也很大,。國產(chǎn)FPGA基本分布在中低端市場,,大多是一些1000萬門級左右的FPGA,少數(shù)達到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發(fā)的,,但大多是逆向工程的產(chǎn)物,,或商業(yè)收購的結(jié)果,比如京微雅閣就依靠美國CSwitch公司開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Tile架構(gòu),。在對性能要求更高的應(yīng)用場合,,自主FPGA依然很難替代Xilinx和Altera的產(chǎn)品。如何打破這一僵局,,有效布局FPGA產(chǎn)業(yè),,取得實質(zhì)成果,是當前中國FPGA企業(yè)需要思考的一個問題,。
以史為鑒 吸取經(jīng)驗教訓(xùn)
十年來,,有幾十家企業(yè)意圖進入FPGA市場,,除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領(lǐng)域之外,其余公司紛紛折戟沉沙,。他們失敗的原因也是中國本土企業(yè)所面臨的問題,。總的來說可以概括為以下4條:
1)支持方或投資方資金的持續(xù)性問題,。FPGA的研發(fā)周期是一個不同于ASIC等其他芯片的研發(fā),。可能一個5年的周期不足以為奇,,甚至7年,,包括市場分析與定位、架構(gòu)/硬件實現(xiàn),、軟件支撐,、芯片制程、測試,、封裝,、篩選等。對于芯片而言,,這個過程很難一次流片就保證無任何問題,;對于軟件而言,需要可能兩代以上的迭代積累與適應(yīng)芯片的各項功能,。等萬事俱備后,,application的實施、Marketing的推廣宣傳,,最后才到客戶手上,。很多投資方?jīng)]有這么多時間、精力和資金來玩這個游戲,。很多startup公司正是因為資金鏈的中斷,,而退出市場。
2)市場與芯片定位問題,。因為在FPGA高度壟斷的情況下,,如何突破,如何創(chuàng)新一直是困擾startup公司的難題,。做中低端產(chǎn)品,,在同樣工藝節(jié)點下,如何解決芯片cost,、performance和功耗問題是關(guān)鍵,。在架構(gòu)創(chuàng)新的同時,可能會帶來潛在的風險,需要等待一定周期的市場檢驗,。另外當你還處在第一代產(chǎn)品的研發(fā)中,,那幾家FPGA巨頭不論是在工藝上、成本上,、性能上,、功耗上都不會輸給你。如果做高端產(chǎn)品,,如何把你的產(chǎn)品的可信度(可靠和安全)建立起來是很重要的問題,。因為你剛進入市場,幾乎沒有叫得響亮的客戶,。試想別人會把你拉入采購名單嗎?很多startup公司還沒來得及想清楚這個問題,,就被無情地請出了這個競爭格局。
3)軟件與硬件配合問題,。FPGA麻雀雖小,、卻五臟俱全。即便做出了一個很powerful的芯片,,但如果沒有有效率的軟件支撐,,也是徒勞無用。如何將軟件與硬件天衣無縫地結(jié)合在一起,,是一個難題,。不論在大公司小公司,都需要花大量地時間去論證,。另外隨著系統(tǒng)設(shè)計越來越復(fù)雜,、性能要求越來越苛刻,軟件在保證產(chǎn)品上市進程中扮演的角色也越來越重要,。沒有自主創(chuàng)新的軟件,,一定會失敗!很多startup公司之所以相繼落馬的原因是,軟件不能很好地配合硬件工作,。
4)應(yīng)用工程師的培養(yǎng)問題,。有了好的硬件和軟件,還不足夠,;還需要更多的AE團隊進行支持。我們經(jīng)常說到,,如果把FPGA產(chǎn)品研發(fā)中硬件所付諸的努力比作"1"的話,,那么軟件要付諸的努力就是"2",而開發(fā)應(yīng)用所付諸的努力則要遠遠大于"4",。如果一個FPGA產(chǎn)品,,沒有好的應(yīng)用支持團隊,開發(fā)各類相關(guān)的應(yīng)用,也很難在市場上有所表現(xiàn),。根據(jù)市場生存法則,,你的產(chǎn)品很快就被吞噬,不久將來也會被淘汰,。很多startup公司也是因為沒有好的應(yīng)用工程師團隊,,不能開發(fā)出有競爭性的產(chǎn)品應(yīng)用,而導(dǎo)致流產(chǎn),。
解決方案可簡要概括為以下四點:一是不能以技術(shù)為導(dǎo)向,,要重視市場;二是要保證持續(xù)的資金投入,;三是市場與芯片定位要做好,,去找市場中尚存的空白領(lǐng)域;四是軟硬件配合完善,,有了完善的硬件,,還要在軟件提升方面投入較多力量。
舉國之力 走自主發(fā)展路線
國內(nèi)FPGA的發(fā)展只能依靠自主,,這個必然需要漫長的等待和盡心的呵護,,但除此之外沒有更好的選擇。芯片的自主設(shè)計是實現(xiàn)信息安全的最底層保障,。這也是為什么與信息處理相關(guān)的基礎(chǔ)芯片(手機芯片,、PC處理器等)需要實現(xiàn)自制的原因。在目前FPGA的技術(shù)和供給幾乎全部來源于美國,,包括歐洲和日本等技術(shù)強國也沒有掌握到核心技術(shù),。
對于中國而言,國家促進集成電路發(fā)展已經(jīng)提升至國家戰(zhàn)略,。同時特殊的應(yīng)用場景(軍工,、導(dǎo)彈、航天航空)要求的FPGA是涉及到國家安全和領(lǐng)土安全的,,對芯片的要求也會比較嚴謹,,但這一塊本身高性能的產(chǎn)品國外對中國是禁運的,這也從另一方面促成國內(nèi)FPGA自己滿足的契機,。目前,,國內(nèi)生產(chǎn)的FPGA主要用于軍工、通訊,、航空航天等領(lǐng)域,。
在民用領(lǐng)域,國內(nèi)是FPGA需求最大的市場,,現(xiàn)在Xilinx,、Altera最大的客戶就在中國,,通訊市場華為中興烽火包攬了全國60%以上的量。同時人工智能芯片需求的高速并行計算對FPGA芯片的需求也在幾十億美元的數(shù)量級,,而國內(nèi)是人工智能高速芯片發(fā)展最快,,需求最大的市場。中國FPGA的發(fā)展紅利在于需求市場足夠大,,有需求就要有相應(yīng)產(chǎn)品來支持,。這對于國內(nèi)廠家就是機會,目前,,同方國芯片已經(jīng)和華為中興合作,,想實現(xiàn)一部分的國產(chǎn)替代。
最后,,從技術(shù)角度來說,,我們已經(jīng)不像10年前基本不懂核心技術(shù)。國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟完善,,以及芯片設(shè)計能力的不斷加強,,我們自己可以自主設(shè)計和流片ARM架構(gòu)的手機CPU,并成功實現(xiàn)商業(yè)化,,這在10年前都不敢相信,。在我們在過去積累的技術(shù)沉淀和創(chuàng)新能力,已經(jīng)使得我們在FPGA的特定應(yīng)用領(lǐng)域(軍工,、通訊)實現(xiàn)一定程度上的自我供給,。未來也可能類似于CPU+FPGA用于云數(shù)據(jù)中心節(jié)中,這些應(yīng)用領(lǐng)域都是信息高度敏高的地方,,使用自主設(shè)計的芯片更能實現(xiàn)安全可控,。
隨著人工智能、大數(shù)據(jù),、物聯(lián)網(wǎng),、無人駕駛、5G通信的興起,,F(xiàn)PGA的市場前景會越來越廣,。國內(nèi)FPGA廠商要以點帶面、加強整機企業(yè)對國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的牽引作用,、借助國家重大項目推動國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展,、適當引入資本市場,推動產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,。多管齊下,,國產(chǎn)FPGA的春天終將到來。到那時,,我們定要重塑FPGA產(chǎn)業(yè)新格局,。