FPGA國產(chǎn)化待破局

　　如果沒有那么多錢去燒，沒有那么多優(yōu)秀的工程師，沒有和晶圓廠良好的關(guān)系，就不要去想把自己的產(chǎn)品定位到高端領(lǐng)域。很多細分市場上，國產(chǎn)FPGA還是有很多機會的，只要有足夠的實力，有非常好的市場定位，國產(chǎn)FPGA也是能夠自力更生的。

　　“和中國大多數(shù)集成電路設(shè)計公司一樣，我們(京微雅格)還十分弱小，一直在自主創(chuàng)新的道路上艱難跋涉?！比涨?，集成電路設(shè)計公司京微雅格經(jīng)營上遭遇困境在行業(yè)內(nèi)引發(fā)不小的震動，以上是該公司在公開信中對負面新聞的回應(yīng)。

　　從媒體和京微雅格自身披露的信息中可以看出，京微雅格確實遭遇了不小的挫折，事態(tài)的發(fā)展還需要靜待觀察。

　　不過，對很多網(wǎng)友而言，也許根本就從未聽說過京微雅格這家公司，也從未聽聞過什么是FPGA。通過京微雅格事件，我們或許能夠認識到FPGA的國際競爭環(huán)境之惡劣和技術(shù)壁壘之嚴格，要取得國產(chǎn)化芯片的突破，道阻且長。

　　什么是FPGA

　　“FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列的英文縮寫，它是一種邏輯電路，也是進行信息處理所需的芯片類型之一?！敝袊茖W院計算技術(shù)研究所研究員張佩珩向《中國科學報》記者解釋說。

　　如果從信息處理視角來分類的話，所需的芯片大致可分為三類：CPU(中央處理器)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、ASIC(專用集成電路)。

　　“CPU是最通用的芯片，大家也最熟悉?！睆埮彗裾f。CPU作為通用計算機的處理核心，它具備處理各式各樣指令要求的能力，并且是在存儲于外部存儲器中的程序的控制下運行的，因此，對于信息處理而言，CPU最靈活也最通用，但如果只是用來處理某類固定的算法，CPU的性價比和效能比可能會比較低。

　　ASIC的亮點在于專用，因為它是量身定制的，所以執(zhí)行速度較快，大規(guī)模應(yīng)用時其性價比和效能比都非常高，但ASIC的研發(fā)成本也非常高，而且一旦生產(chǎn)出來，它的功能就無法修改了。

　　“FPGA介于CPU與ASIC之間?！睆埮彗裾f。FPGA芯片中預設(shè)了大量的基礎(chǔ)邏輯部件資源和布線資源，用戶可以通過在線編程來改變它的連接關(guān)系，當改變了連接關(guān)系之后，它就具有了某一種功能的處理能力。

　　作為一類有強項性能的“處理器”，F(xiàn)PGA也逐漸在一些應(yīng)用領(lǐng)域占領(lǐng)了重要的位置。根據(jù)網(wǎng)友林名所說：FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域既很寬又很窄。寬是因為可以用在幾乎任何需要數(shù)字電路的領(lǐng)域;窄是因為由于成本、功耗、開發(fā)難度等，在每個領(lǐng)域都無法占統(tǒng)治地位。

　　壁壘重重

　　根據(jù)FPGA的特點，其主要應(yīng)用是在通訊系統(tǒng)、工業(yè)控制、武器控制、醫(yī)療電子、消費電子等領(lǐng)域，例如，通信技術(shù)要求實現(xiàn)高速、復雜協(xié)議，消費電子應(yīng)用則注重功耗控制、快速交付等，這些應(yīng)用都是FPGA可以大展身手的領(lǐng)域。近年來FPGA最引人關(guān)注的變化趨勢之一就是它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。百度嘗試用FPGA打造AI專有芯片，并實現(xiàn)了第一版AI專有芯片——百度大腦，這使得百度成為了全球最早將FPGA規(guī)模應(yīng)用在人工智能領(lǐng)域的公司之一。

　　備受關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)對芯片也提出了非一般的要求。高度靈活且具有很強平行處理能力的FPGA產(chǎn)品能夠提高傳輸量，縮短回應(yīng)時間，提高能源效率，不但支援對資料分析和控制功能進行加速，還能夠安全地橋接物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中不斷發(fā)展的各種有線和無線介面標準，是滿足新興物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的關(guān)鍵所在。

　　數(shù)據(jù)顯示，2014年，全球FPGA市場總規(guī)模達到50億美元，其中中國的市場份額達到了15億美元，占全球市場的三分之一。據(jù)分析機構(gòu)預測，到2020年，全球FPGA 市場規(guī)模將達84億美元。同創(chuàng)國芯董事長祝昌華曾對媒體表示，隨著云計算、云存儲、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛汽車、5G通信等產(chǎn)業(yè)的興起，F(xiàn)PGA的市場前景不容小覷。

　　然而，F(xiàn)PGA進入門檻非常高，目前市場上活躍度最高的四家芯片生產(chǎn)商有賽靈思、阿爾特拉、萊迪思與愛特。這四家公司用近9000項專利構(gòu)筑的知識產(chǎn)權(quán)壁壘，很大程度上堵死了后來者追趕的道路。在過去十多年里，Intel、IBM、三星等數(shù)十家公司曾試圖涉足該領(lǐng)域，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。

　　“設(shè)計難度大、開發(fā)周期長、工藝要求高、產(chǎn)量規(guī)模小，這些都是制約FPGA發(fā)展的因素?！睆埮彗裾f。據(jù)了解，網(wǎng)名為春波綠影的博客文章中提到，在賽靈思和阿爾特拉瓜分了大部分市場，中低端市場還要和萊迪思、愛特虎口奪食的情況下，京微雅格自然在FPGA自主研發(fā)的道路上舉步維艱。

　　何去何從

　　地平線機器人技術(shù)創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官余凱向《中國科學報》記者坦言，其公司致力開發(fā)的機器人深度學習，就對FPGA有很高的要求，“沒有使用過國產(chǎn)FPGA芯片”。

　　張佩珩所在的研究中心亦多采用賽靈思或阿爾特拉兩家公司的FPGA芯片用于高性能計算機的系統(tǒng)研發(fā)以及高性能可重構(gòu)計算等領(lǐng)域，“國產(chǎn)FPGA芯片或許可以率先在低端市場有所作為”。

　　行業(yè)細分，或許才是國產(chǎn)FPGA芯片的出路。

　　產(chǎn)品的市場定位是非常重要的。網(wǎng)友熊飛在署名文章中支招：如果沒有那么多錢去燒，沒有那么多優(yōu)秀的工程師，沒有和晶圓廠良好的合作關(guān)系，就不要去想把自己的產(chǎn)品定位到高端領(lǐng)域。

　　定位低端的話，F(xiàn)PGA開發(fā)者一定要做一些MCU(微控制單元)和DSP(數(shù)字信號處理)做不了的事情，在交叉領(lǐng)域出些成果，例如專利算法、高速接口、特殊工藝、協(xié)議棧等等。熊飛認為，這些都是發(fā)展策略。

　　對于FPGA領(lǐng)域，整個生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)也很重要。除了芯片本身還需要大力發(fā)展EDA(電子設(shè)計自動化)工具，只有通過高性能的EDA工具才能充分開發(fā)出FPGA芯片的潛能。