FPGA市場的競爭正在發(fā)生變化,，其中最引人矚目的趨勢就是應用領域不斷拓寬。傳統(tǒng)上,，F(xiàn)PGA的應用很大程度受到通信市場主導,，但隨著人工智能、大數據,、云計算,、智能汽車以及物聯(lián)網邊緣計算的發(fā)展，對FPGA的需求大增,，F(xiàn)PGA的市場格局正在發(fā)生轉變,。同時，這也為苦苦尋求突破口的中國FPGA廠商提供了一個難得的發(fā)展機會,。在近日召開的“第六屆（2018）中國FPGA產業(yè)發(fā)展論壇”上,，中國半導體行業(yè)協(xié)會常務副秘書長宮承和指出，當前FPGA領域存在著行業(yè)集中度高,，后發(fā)者進入困難等問題,。我國正在推進制造強國和網絡強國的建設，如何發(fā)展自主可控的FPGA產業(yè),，是留給半導體行業(yè)從業(yè)者必須面對和思考解決的問題,。
從云端到邊緣 AI推動FPGA應用拓展
近年來FPGA最引人關注的變化趨勢之一就是應用領域不斷拓展。通信,、工控等是FPGA傳統(tǒng)的應用市場,，然而近年來隨著云計算,、大數據、人工智能,、物聯(lián)網等的發(fā)展,，F(xiàn)PGA開始向新領域擴展。
微軟亞洲研究院異構計算組副研究員張宸指出：“這些年人工智能的崛起,，依靠的是深度神經網絡算法大型多層的網絡模型,，典型的有循環(huán)神經網絡和卷積神經網絡為代表。這樣的模型一次推斷（inference）通常需要數十億甚至上百億次的運算,，而在線的服務系統(tǒng)的響應時間在毫秒量級,。這就意味著每秒上萬億次（TFLOPS）甚至百萬億次的運算性能，同時對器件的體積,、功耗還有一定的約束,。這使得我們期待數據中心的高性能計算硬件應當具備如下優(yōu)勢：低延遲，低開銷和規(guī)?；?。在數據中心，F(xiàn)PGA 相比 GPU 的核心優(yōu)勢在于低延遲,，使用 FPGA 來加速的話,，只需要微秒級的 PCIe 延遲（微軟現(xiàn)在的 FPGA 是作為一塊 PCIe 加速卡），對通信密集型任務,，F(xiàn)PGA 相比 CPU,、GPU 的優(yōu)勢就更大了?！睍r至今日,，微軟已經在數十萬臺云服務器上部署了 FPGA 。微軟目前也是在數據中心的 FPGA 應用上投入最大的互聯(lián)網公司,。
快速興起的網絡邊緣計算對于FPGA的應用需求也在增加。萊迪思半導體亞太區(qū)資深事業(yè)發(fā)展經理陳英仁表示：“受延遲,、隱私和帶寬限制的驅動,，F(xiàn)PGA正在被越來越多布署于物聯(lián)網系統(tǒng)設備當中，超低功耗靈活推理的需求亟待滿足,?！盨emico Research市場研究公司的數據顯示，使用人工智能的網絡邊緣設備數量將以110％的復合年增長率爆發(fā)式增長,。
高云半導體市場副總裁黃俊將新興市場劃分為三個部分：首先在以消費電子為代表的智能終端設備中,，接口越來越豐富，同時又需要保持小體積和低功耗,，這就要求底層器件可以更靈活地支持接口轉換與膠合邏輯,，使得低密度FPGA有了更多用武之地。其次，越來越多的AI運算開始在邊緣計算領域執(zhí)行,，比如音視頻的采集和預處理,，它們需要支持簡單或中等復雜度的算法和IP，這又給了中低密度FPGA 以機會,。最后,，云端需要支持高速SerDes，高速FPGA正在成為必需,。
概括而言,，人工智能、大數據,、云計算,、ADAS、物聯(lián)網,、機器人,、可穿戴設備，5G通信設備,、網絡交換,、工業(yè)控制、金融設備,、安防監(jiān)控,、視頻驅動、醫(yī)療儀器,、汽車電子,、家用電器、信息安全等都將是未來FPGA的重要應用市場,。2017年全球FPGA規(guī)模市場約為50億美元,。而日前高盛發(fā)布的報告中，預測未來5年FPGA市場規(guī)模將達到100億美元,，到2025年將增長到120億美元,。
從技術到品牌 國產FPGA追趕空間巨大
FPGA一直是個高度壟斷的行業(yè)，賽靈思,、英特爾（Altera）,、微芯（Microsemi）和萊迪思幾家美國企業(yè)壟斷了全球絕大部分市場。盡管理論上新興市場的出現(xiàn),，給新進入者帶來更多發(fā)展機會,，但是在實際操作過程中面臨的挑戰(zhàn)依舊很大。
“有些新興市場可望未必可及,，特別是對于高密度,、高性能的FPGA而言,，不僅硬件設計難度大，中國企業(yè)在硬核IP資源上也存在滯后,，軟核IP儲備欠缺,，軟件性能與國外廠家差距也很大?！秉S俊指出,。
京微齊力CEO王海力也認為，從產品本身的水準來看,，中國企業(yè)想要發(fā)展起來還有很長的路要走,。“五年的時間算少,，多的可能需要8到10年,。”王海力說,。
除了技術上的差距之外,，品牌認知上的差距也非常明顯?！爸信d事件只是在大環(huán)境上給了國內公司一些觸動,，使它們認識到供應鏈管控的重要性?？墒锹鋵嵉骄唧w產品中的時候,，國內供應商遇到的困難還是很多，客戶對于國內企業(yè)的品牌認可度不高,，擔心是否可以持續(xù)供貨等,，甚至對于產品設計工具的學習都有一個過程。方方面面加起來,，發(fā)展國產FPGA,，覺得壓力還是非常大的?！秉S俊表示,。
從差異化競爭到自主可控 FPGA 3.0時代需要長期努力
那么如何才能實現(xiàn)國產FPGA的突破呢？黃俊認為,，差異化是中國FPGA企業(yè)的必走之路?！皣鴥葟S商應該根據芯片本身的特點以及行業(yè)進入的難度出發(fā),，從小處著眼，從低密度FPGA產品開始突破,，逐漸向中高密度FPGA發(fā)展,?？傊覀儾荒芎唵螐椭茋猱a品,，而要仔細研究細分市場,，新產品有什么特殊的需要，然后對我們產品局部特性進行優(yōu)化,，以適應用戶需求,。比如現(xiàn)在很多智能設備的視頻采集都會要求有高速接口，我們就在芯片上把高速MIPI做好,，相比其他產品在同等密度下速度更快,，同時我們也會做更多類似的參考設計，使應用更加便捷,。這些都是差異化的例子,。”黃俊說,。
建立自主的產業(yè)生態(tài)也非常重要,。王海力指出：“國外公司的專利技術中50%以上是保護核心架構的專利。中國企業(yè)在發(fā)展過程中也應重視,，用戶易用,、友好、支持面向應用軟IP庫以及成熟的EDA工具性能,，是產品落地的重要一環(huán),。”
無論是差異化的市場策略,，還是產業(yè)生態(tài)體系的建立,，都是中國FPGA發(fā)展過程中的必修課。而只有逐步建立起自主可控+自主創(chuàng)新FPGA產品體系,，首先體現(xiàn)在具備自主研發(fā)可編程邏輯器件核心架構的能力上,，其次體現(xiàn)在具備自主研發(fā)FPGA器件配套軟件工具的能力上，中國FPGA才算真正立足,。這是中國FPGA發(fā)展的關鍵,。
根據王海力的觀點，中國FPGA產業(yè)大致可以劃分為四個階段：從上世紀90年代到2005年,，可以算做中國FPGA的Pre-1.0時代,。那時的中國FPGA產業(yè)剛剛起步，只能以反向設計為主,，芯片設計/軟件開發(fā)人員只有百余人,，沒有自己的架構，工藝落后,，沒有軟件工具和應用開發(fā)人才,，只能逐步探索前進,。經過從無到有的積累，2006年到2016年中國FPGA產業(yè)進入1.0時代,。中國FPGA擁有幾百人的芯片設計/軟件開發(fā)隊伍,，有了自己的架構雛形，使用一般的工藝,，擁用基礎的軟件工具和基礎的應用軟IP,，有能力進行正向設計，開始培養(yǎng)國產FPGA的應用人才,。
而現(xiàn)在正處于中國FPGA發(fā)展2.0時代,，大約會是2017年到2025年。這一個從有到好的發(fā)展時期,。中國FPGA產業(yè)已經擁有上千名的芯片設計/軟件開發(fā)人員,。經過努力將有可能形成完備的架構設計，擁有采用先進工藝的能力,，好用的軟件工具,，具備一部分行業(yè)軟IP及解決方案，形成完備的正向設計,，開始逐漸建立FPGA應用生態(tài)圈,，并形成上千人的國產FPGA開發(fā)的應用人才隊伍。
至于3.0時代（2026年2035年）將是中國FPGA從好到強的發(fā)展階段：形成數千人的芯片設計/軟件開發(fā)人員隊伍,，采用創(chuàng)新架構設計和最先進制造工藝,，具有領先的軟件工具，完備的行業(yè)軟IP及解決方案,，形成相對完整的FPGA應用生態(tài)圈,，國產FPGA開發(fā)的應用人才達到數萬人。
希望中國FPGA產業(yè)能夠早日實現(xiàn)騰飛,。