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(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。傳統(tǒng)上,，F(xiàn)PGA的應(yīng)用很大程度受到通信市場主導(dǎo),，但隨著人工智能,、大數(shù)據(jù)、云計算,、智能汽車以及物聯(lián)網(wǎng)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(zhuǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”上,，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會常務(wù)副秘書長宮承和指出,，當(dāng)前FPGA領(lǐng)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(wǎng)絡(luò)強國的建設(shè),，如何發(fā)展自主可控的FPGA產(chǎn)業(yè)，是留給半導(dǎo)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(yīng)用拓展
近年來FPGA最引人關(guān)注的變化趨勢之一就是應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,。通信、工控等是FPGA傳統(tǒng)的應(yīng)用市場,，然而近年來隨著云計算,、大數(shù)據(jù)、人工智能,、物聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展,，F(xiàn)PGA開始向新領(lǐng)域擴展。
微軟亞洲研究院異構(gòu)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法大型多層的網(wǎng)絡(luò)模型,，典型的有循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表。這樣的模型一次推斷（inference）通常需要數(shù)十億甚至上百億次的運算,，而在線的服務(wù)系統(tǒng)的響應(yīng)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(shù)據(jù)中心的高性能計算硬件應(yīng)當(dāng)具備如下優(yōu)勢：低延遲，低開銷和規(guī)模化,。在數(shù)據(jù)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(wù)，F(xiàn)PGA 相比 CPU,、GPU 的優(yōu)勢就更大了,。”時至今日,，微軟已經(jīng)在數(shù)十萬臺云服務(wù)器上部署了 FPGA ,。微軟目前也是在數(shù)據(jù)中心的 FPGA 應(yīng)用上投入最大的互聯(lián)網(wǎng)公司。
快速興起的網(wǎng)絡(luò)邊緣計算對于FPGA的應(yīng)用需求也在增加,。萊迪思半導(dǎo)體亞太區(qū)資深事業(yè)發(fā)展經(jīng)理陳英仁表示：“受延遲,、隱私和帶寬限制的驅(qū)動，F(xiàn)PGA正在被越來越多布署于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)中,，超低功耗靈活推理的需求亟待滿足,。”Semico Research市場研究公司的數(shù)據(jù)顯示,，使用人工智能的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備數(shù)量將以110％的復(fù)合年增長率爆發(fā)式增長,。
高云半導(dǎo)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(shè)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(zhuǎn)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(lǐng)域執(zhí)行,，比如音視頻的采集和預(yù)處理,，它們需要支持簡單或中等復(fù)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(shù)據(jù),、云計算,、ADAS、物聯(lián)網(wǎng)、機器人,、可穿戴設(shè)備,，5G通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換,、工業(yè)控制,、金融設(shè)備、安防監(jiān)控,、視頻驅(qū)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(yīng)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(yù)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(shù)到品牌 國產(chǎn)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(shè)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(chǎn)品本身的水準(zhǔn)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,?！蓖鹾Ａφf。
除了技術(shù)上的差距之外,，品牌認知上的差距也非常明顯,。“中興事件只是在大環(huán)境上給了國內(nèi)公司一些觸動,，使它們認識到供應(yīng)鏈管控的重要性,。可是落實到具體產(chǎn)品中的時候,，國內(nèi)供應(yīng)商遇到的困難還是很多,，客戶對于國內(nèi)企業(yè)的品牌認可度不高，擔(dān)心是否可以持續(xù)供貨等,，甚至對于產(chǎn)品設(shè)計工具的學(xué)習(xí)都有一個過程,。方方面面加起來，發(fā)展國產(chǎn)FPGA,，覺得壓力還是非常大的,。”黃俊表示,。
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(chǎn)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?nèi)廠商應(yīng)該根據(jù)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(chǎn)品開始突破,，逐漸向中高密度FPGA發(fā)展?？傊?，我們不能簡單復(fù)制國外產(chǎn)品，而要仔細研究細分市場,，新產(chǎn)品有什么特殊的需要,，然后對我們產(chǎn)品局部特性進行優(yōu)化，以適應(yīng)用戶需求,。比如現(xiàn)在很多智能設(shè)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(chǎn)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(shè)計，使應(yīng)用更加便捷,。這些都是差異化的例子,。”黃俊說。
建立自主的產(chǎn)業(yè)生態(tài)也非常重要,。王海力指出：“國外公司的專利技術(shù)中50%以上是保護核心架構(gòu)的專利,。中國企業(yè)在發(fā)展過程中也應(yīng)重視，用戶易用,、友好,、支持面向應(yīng)用軟IP庫以及成熟的EDA工具性能，是產(chǎn)品落地的重要一環(huán),?！?/p>
無論是差異化的市場策略，還是產(chǎn)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(chǎn)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(gòu)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(guān)鍵,。
根據(jù)王海力的觀點,，中國FPGA產(chǎn)業(yè)大致可以劃分為四個階段：從上世紀(jì)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(chǎn)業(yè)剛剛起步,，只能以反向設(shè)計為主，芯片設(shè)計/軟件開發(fā)人員只有百余人,，沒有自己的架構(gòu),，工藝落后，沒有軟件工具和應(yīng)用開發(fā)人才,，只能逐步探索前進,。經(jīng)過從無到有的積累，2006年到2016年中國FPGA產(chǎn)業(yè)進入1.0時代,。中國FPGA擁有幾百人的芯片設(shè)計/軟件開發(fā)隊伍,，有了自己的架構(gòu)雛形，使用一般的工藝,，擁用基礎(chǔ)的軟件工具和基礎(chǔ)的應(yīng)用軟IP,，有能力進行正向設(shè)計，開始培養(yǎng)國產(chǎn)FPGA的應(yīng)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(chǎn)業(yè)已經(jīng)擁有上千名的芯片設(shè)計/軟件開發(fā)人員,。經(jīng)過努力將有可能形成完備的架構(gòu)設(shè)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(shè)計，開始逐漸建立FPGA應(yīng)用生態(tài)圈,，并形成上千人的國產(chǎn)FPGA開發(fā)的應(yīng)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(shù)千人的芯片設(shè)計/軟件開發(fā)人員隊伍，采用創(chuàng)新架構(gòu)設(shè)計和最先進制造工藝,，具有領(lǐng)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(yīng)用生態(tài)圈,，國產(chǎn)FPGA開發(fā)的應(yīng)用人才達到數(shù)萬人,。
希望中國FPGA產(chǎn)業(yè)能夠早日實現(xiàn)騰飛。