国产FPGA聚焦5G+AI新应用，打造“中国万能芯”！

由于FPGA高灵活性的特点，它已广泛应用是在通讯系统、工业控制、武器控制、消费电子等领域。随着2020年5G大规模商用的到来，芯片应用个性化、多元化、短周期的设计需求日益激增，FPGA迎来了大展身手的机会，有望在5G终端、AIoT、数据中心、边缘计算、医疗电子等新兴应用提速增长。

本期《国际电子商情》有幸邀请三家本土FPGA主力军企业，共同探讨国产FPGA的破局之道。

新兴应用一炮打响70亿FPGA市场

虽然FPGA市场不如处理器、存储市场这般成熟且庞大，但其增速在近年来尤为明显。包括MRFR、Gartner在内的多家国际市场机构给出的预测数据都十分相近，预估2020年FPGA的市场规模将在70～80亿美元区间，年复合增长率大概在10%左右。这种增长幅度远大于ASIC和ASSP市场。

因此，“加速”成为2020年FPGA厂商的关键词。一方面，国际厂商持续加速先进硬件技术的研发，还积极搭建软件平台，召集更多开发者参与进来共同构建FPGA生态圈。另一方面，本土FPGA企业也正在加速成长，从工艺技术、应用领域、人才培育等方面不断深耕，奋力追赶国际一线品牌。在采访过程中，三位受访者均一致认为，2020年将是本土FPGA发展的黄金时代。

安路科技副总经理陈利光博士说道，2020年可以预见的最显著增量是在通信和数据中心。通信主要是受益于5G大规模部署驱动，数据中心是受到云计算、人工智能加速等需求推动。在此基础下，FPGA还将会进入云计算、数据中心加速、IoT等领域，其中关键在于创新驱动。据悉，安路将会在通信、工业4.0、消费电子、物联网等领域提供更多的创新产品和器件，为系统工程师提供更多的设计空间。

安路科技  副总经理  陈利光  博士

而高云半导体资深产品市场经理赵生勤表示，5G通信、工业4.0以及AI、数据中心、自动驾驶等应用的快速发展将带动FPGA市场的快速持续增长，是高云关注的重点领域。期间将会呈现出两个主趋势：中低端产品的差异化设计和高端器件的不断优化。对此,高云半导体自成立以来，一直秉承技术创新和差异化设计理念，目前基本实现中低端产品的全面覆盖；同时，高云也在积极部署高端器件，第三代大密度高性能FPGA产品也将很快发布。

高云半导体  资深产品市场经理  赵生勤

紫光同创市场总监吕喆在受访中指出，在异构计算时代，传统的处理器架构无法很好地应对多样的运算需求，平均性能和功耗能效更优的FPGA器件提供了很好地补充。另一方面，人工智能及5G等还处于产业初期，技术和方案还未确定，灵活可编程的FPGA器件在新产品研发及加速上市中不可或缺！

“从FPGA产品发展来看，高性能、高带宽、高集成度的高端FPGA和‘CPU/GPU+FPGA+专用加速引擎’的多核异构SOPC将成为两大重要趋势。”吕喆如是说，“目前，紫光同创通过 Titan、Logos、Compact三大产品系列，覆盖高中低端应用市场需求，广泛应用于通信、工业控制、汽车电子、消费电子、数据中心等领域，是国产FPGA里面产品线最齐全、覆盖范围最广的厂商。针对FPGA未来发展，紫光同创后续将根据具体市场需求，推出相应的FPGA产品。”

紫光同创   市场总监  吕喆

应用众多新应用的千变万化需求，FPGA技术也不断更新，未来会有哪些新变化？

陈利光博士分析认为，主要在几个方面：首次是更先进的工艺，先进工艺可以给FPGA带来性能和容量大幅度提升；其次是更高的集成度，SoC平台化，集成多核处理器、NOC网络、高速存储接口、专用加速器、视频编解码、高速ADC/DAC等。其它比如领域优化FPGA、新型的存储器架构FPGA、超低功耗FPGA技术、人工智能FPGA、安全FPGA等技术都有可能成为未来发展方向。

对此，在当前计算架构创新的时代， 具备软件和硬件可编程能力的FPGA面临更多的机会。陈利光博士指出，本土FPGA厂商可以在持续跟进工艺演进、推动架构创新、紧跟市场需求等多方面着力，提供差异化的产品和服务。

赵生勤补充道，相比于专用ASIC芯片，FPGA因为其灵活性和可编程性在很多市场领域成为最理想的选择。但是FPGA一直以来被认为是门槛较高的行业，无论是EDA工具的使用，设计开发还是IP以及解决方案等方面，都需要足够多的支持。为了使FPGA快速进入更多领域，FPGA原厂需要从开发工具、IP、参考设计等多方面入手，加强基本功能模块的IP化，针对各领域客户提供更多的参考设计方案，提供更多的技术培训；同时，还需要有实力雄厚的技术支持团队，继续发挥国产FPGA贴近市场的优势，做客户需要的产品。

补齐短板，国产FPGA与国际巨头“掰手腕”

众所周知，FPGA是个原本相对平静具有较高技术门槛的领域。随着近些年，包括紫光同创、安路科技、高云半导体等在内的国内FPGA新力量加入，给FPGA应用带来了许多的创新和改变，同时也面临许多严峻挑战。

FPGA国内外差距还是很大，主要体现在工艺、架构、性能、软件等多方面。比如工艺制程上，国际一线厂商Xilinx最新器件已经到7nm，国产的还是集中在40nm，虽然有些国产头部厂商也在跟进28nm，但还没实现大规模量产化。性能和容量差距也很大，差不多是国外7～8年前的产品，差2～3代。在架构和软件方面，国产FPGA主要还是解决FPGA本身逻辑容量和性能问题，国际一线在全力打造可编程生态，涵盖软件、硬件、加速器等多种形态，发展数据中心加速业务。

对此，本土FPGA厂商该如何补齐短板、奋力追赶？陈利光博士肯定道，当前的差距也就是未来发展机会和空间，未来可以着重在工艺制程、架构创新、领域优化等方面加速发展，在复杂的形势变化过程中寻找确定性增量市场，以产品差异定位、创新优化和优质服务赢得市场先机。

吕喆强调道，由于国外企业起步较早，在技术和专利方面构建了壁垒，国内在人才储备、性能指标及生态建设等方面还存在一定的不足。然而，随着国家的重视程度提升、技术的积累及创新、专业人才的培养及新兴市场需求的拉升，国内FPGA产业正处于快速追赶阶段。

作为中国FPGA领导厂商，紫光同创不仅针对高端FPGA关键技术重点突破，如基础架构、高速Serdes、核心IP等，还从软硬件方面，推动国产FPGA产业迈向高端应用领域。与此同时，紫光同创还将加大人才培养及生态建设投入力度，为国产FPGA做好人才池储备。

据悉，除了即将上市的28nm产品之外，紫光同创也启动了更先进工艺高端FPGA器件的研发工作，有望进一步缩小与国外差距，引领国产FPGA进入新的高度！

赵生勤则认为，国产FPGA厂家都起步较晚，但可喜的是，短短几年的时间，在中低端产品领域已经可以和国外品牌抗衡，甚至可以提供比国外器件更多的附加值，这是不可磨灭的成绩。可是在高端产品领域，无论工艺节点还是EDA工具支持上，都还存在较大差距。

“高云的定位不是简单地做国外厂商的Follower(跟随者)，我们还是要保持持续的技术创新理念，结合市场实际需求，不断向前迈进，在高端器件方面持续加大投入，提供更加完善的技术支持服务和行业解决方案，为客户提供更多的附加值！”赵生勤的话语掷地有声，代表着本土FPGA厂商的勇气与决心。

5G+AI应用提速，“中国万能芯”蓄势待发！

来到2020年，5G成为各行各业的兵家必争之地。在FPGA领域，5G通信设备正在快速发展，64T64R甚至128T128R天线收发通道，带来大量信号并行处理需求，其中数字前端信号处理、接口转换、数字信号基带处理、传输网和骨干网以及中小基站等都是FPGA不可替代的应用场景，从小容量接口CPLD到大容量核心FPGA器件都有广泛的应用需求。

陈博士介绍道，安路科技当前正全方位布局5G市场需求，从针对逻辑接口的大IO需求的ELF3-9K FPGA，到面向前端信号处理的PH1-100K中等容量FPGA，面向基带处理的PH1-360K大容量高性能FPGA都在快速研发和量产中，未来有望成为5G浪潮中国产FPGA的重要成员。

赵生勤认为，以5G+AI为主要应用场景的需求将迅速提升FPGA的市场容量。她引用了OroGroup发布的《移动无线接入网五年预测报告》预测，接下来的五年时间里，运营商对于宏基站、小基站的需求将会是“迅猛式”，基站出货量将超过2000万个，5G新空口大规模天线阵列(Massive MIMO)收发器的出货量将超过5000万个。更值得一提的是，“基站的密集部署”成为发展趋势，增幅高达560%，而且预计在5G时代仍将保持高增速。因此，在5G通信领域，小到接口和控制管理，大到复杂高速通信协议处理，FPGA都有着不可取代的作用。

“高云即将发布的第三代产品，器件逻辑容量为130K，内部集成12路高速Serdes，支持XAUI、CPRI等各种主流通信协议，非常符合5G通信对这个密度级别FPGA器件的需求。”赵生勤介绍道。

最后，吕喆解释道：“5G通信、数据中心和AI都是FPGA的新兴市场，推动了FPGA市场规模的增长。比如，5G数据带宽和实时性能的提升，小基站数量的增长，新协议的出现，5G服务向用户侧下沉以及多样性的要求等等，都是FPGA的新的应用价值，另外，FPGA在通信设备中的传统应用场景仍然存在，比如功能升级、接口处理等。数据中心和AI，更是FPGA的新兴市场，特别是在云端和边缘端的应用场景，本土FPGA在夯实基础后，也需要积极布局。”

据介绍，为了推进FPGA在新兴产业领域应用，紫光同创已规划基于更加先进工艺的亿门级高端FPGA研制，并已启动32.75Gbps超高速Serdes等关键技术研发工作，以满足5G、数据中心、人工智能等新兴市场应用需求。