作為一種可編程邏輯器件,，FPGA在二十多年的發(fā)展歷程中,，從電子設(shè)計的外圍器件逐漸演變?yōu)閿?shù)字系統(tǒng)的核心,。隨著人工智能,、機器學習,、工業(yè)控制,、無人駕駛,、大數(shù)據(jù)等對并行計算有強烈的需求,，以及半導體工藝技術(shù)的進步，F(xiàn)PGA的未來被持續(xù)看好,。在此背景下,，中國發(fā)展FPGA有著重要意義。為此,，《中國電子報》在“中國工業(yè)強基戰(zhàn)略推進論壇”上采訪了廣東高云半導體科技股份有限公司董事長陳天成,、副總裁兼首席技術(shù)執(zhí)行官朱璟輝。
FPGA在工業(yè)控制中應用不斷擴大
《中國制造2025》是我國工業(yè)制造業(yè)的十年發(fā)展規(guī)劃,，它的出臺將互聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)更加緊密地結(jié)合起來,，工業(yè)設(shè)備的自動化、控制技術(shù)的智能化發(fā)展趨勢已經(jīng)成為人們的共識,。受益于工業(yè)自動化與智能化的發(fā)展,，擁有彈性設(shè)計特性的FPGA有望更加廣泛地應用到工業(yè)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)當中。
對此，朱璟輝表示,，在傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域,，F(xiàn)PGA已經(jīng)有了較多的應用，如PLC,、人機界面HMI控制,、馬達控制、視頻監(jiān)控,、機器視覺等,，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)器件。FPGA的可程序化邏輯特性,，讓它比其他ASIC或MCU有更大的設(shè)計彈性,。
朱璟輝進一步指出：“隨著科技的進展，制造業(yè)走向更高度的自動化與智能化,，對工業(yè)控制技術(shù)等領(lǐng)域不斷產(chǎn)生新的需求,，在未來的工業(yè)制造領(lǐng)域，F(xiàn)PGA將有更大的發(fā)展空間,。目前來看有兩個領(lǐng)域的應用前景十分巨大：一是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,。作為未來制造業(yè)發(fā)展的方向，工業(yè)大數(shù)據(jù),、云計算平臺,、MES系統(tǒng)等都是支持工業(yè)智能化的重要平臺，它們需要完成大數(shù)據(jù)量的復雜處理,，F(xiàn)PGA在其中可以發(fā)揮重要作有;二是工業(yè)機器人設(shè)備領(lǐng)域,。在多軸向運作的精密控制、實時同步的連接以及設(shè)備多功能整合等方面,，兼具彈性和整合性的FPGA,，更能展現(xiàn)設(shè)計優(yōu)勢?！?/p>
更高度的功能整合,、降低成本，縮小產(chǎn)品尺寸,，將是工業(yè)4.0時代的發(fā)展大趨勢,。FPGA可以助推這個趨勢的發(fā)展。
其實除了工業(yè)應用之外,，F(xiàn)PGA的應用領(lǐng)域還有很多,。資料顯示，如果依銷量為序,，F(xiàn)PGA的應用市場依次為通信,、工業(yè)軍事航空,、消費、數(shù)據(jù)中心,、汽車和醫(yī)療,。“隨著技術(shù)的發(fā)展,，新的應用市場不斷出現(xiàn),，現(xiàn)在人工智能、機器學習,、無人駕駛,、大數(shù)據(jù)等，對并行計算都有著強烈的需求,，而這些正是FPGA擁有天然優(yōu)勢的新方向,。如汽車ADAS，需要處理實時高清圖像,，進時分析識別與處理,，F(xiàn)PGA的作用明顯。在人工智能方面,，深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也需要進行大量并行運算,。”朱璟輝說,。
當前是中國發(fā)展FPGA的有利時機
正是由于FPGA在網(wǎng)絡(luò)通信,、芯片設(shè)計原型驗證、軍事航空,、大數(shù)據(jù)并行運算等領(lǐng)域具有戰(zhàn)略價值,。中國非常有必要發(fā)展FPGA產(chǎn)業(yè)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱,，F(xiàn)PGA市場基本上國外Xilinx、Altera,、Lattice三家為大,。近些年來，國內(nèi)一些FPGA廠商也在掘起,，如高云半導體,、同創(chuàng)國芯、安路科技等,。不過,，從公開數(shù)據(jù)來看，目前的國產(chǎn)FPGA市場自給率很低,，小于1%,。從技術(shù)上看，國際公司已覆蓋65/55/40/28/20/16納米程制，從1K到KK LUTs形成系列產(chǎn)品,。國產(chǎn)FPGA只有65/55/40納米,、1L-55K LUTs的產(chǎn)品。
對此,，朱璟輝表示,，當前正是中國發(fā)展自主FPGA產(chǎn)業(yè)的重要窗口期。首先,，F(xiàn)PGA的應用面正在拓寬,，特別是《中國制造2025》、“強基戰(zhàn)略”等對芯片安全,、國產(chǎn)化有了迫切的需要,，加上消費電子等領(lǐng)域潛在需求的爆發(fā)，中國正在成為PGA的重要市場,。其次,，隨著國際巨頭競爭的激烈，產(chǎn)業(yè)調(diào)整,，導致優(yōu)秀人才溢出,，為國內(nèi)FPGA廠商獲得高端人才創(chuàng)造了條件。最后,，國際專利時效的到期(特別是基礎(chǔ)專利),，也為國內(nèi)廠商進行技術(shù)性規(guī)避創(chuàng)造了條件。
朱璟輝進一步表示：“高云半導體致力于FPGA的國產(chǎn)化,。2016年已完成中低密度的產(chǎn)品布局,。其中1萬-100萬門非易失產(chǎn)品系列，采用臺積電55納米嵌入Flash工藝,，產(chǎn)品直接競爭Altera MAX V10和Lattice XO2/3;100萬門-500萬門易失性FPGA產(chǎn)品,，采用臺積電55nm基于SRAM，可與Xillinx Spartan及Altera Cyclone系列PK,。應用可以覆蓋視頻,、工業(yè)控制和消費和安全領(lǐng)域，逐步滲透機器學習,、物聯(lián)網(wǎng),、智能控制等領(lǐng)域?！?/p>
“下一步高云半導體將開展28納米中高密度產(chǎn)品,，切入通信及計算市場，計劃在2017年推出500萬-2000萬邏輯門帶高速接口類Xillinx7系列產(chǎn)品,，進入通信,、大數(shù)據(jù)高速運算等涉及國家安全急需的關(guān)鍵領(lǐng)域,。”
嵌入式FPGA成敗難料
在談到FPGA的發(fā)展趨勢時,，朱璟輝表示,，高密度、高速度,、寬頻帶,、高保密;低電壓、低功耗,、低成本;IP軟/硬核復用,、系統(tǒng)集成，緊密結(jié)合應用需求,，多元化發(fā)展是FPGA的總體發(fā)展方向,。
針對日前有公司推出嵌入式FPGA產(chǎn)品，朱璟輝認為,，F(xiàn)PGA在大規(guī)模計算和可重構(gòu)性有強烈需求的數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域表現(xiàn)出色,。那些對異構(gòu)計算有需求的廠商將樂于看到嵌入式FPGA的推出。數(shù)據(jù)中心就是最好的應用市場之一,。但是,，F(xiàn)PGA需要有一個完善的復雜生態(tài)系統(tǒng)才能保證其使用。現(xiàn)在,，從FPGA向eFPGA技術(shù)轉(zhuǎn)變需要更復雜的生態(tài)系統(tǒng),，因為在這個過程中，需要針對不同的IP核定制一系列復雜的工具套件,。因此,，嵌入式FPGA概念雖好，想要發(fā)展起來仍將面臨十分嚴峻的挑戰(zhàn),。
FPGA關(guān)注的一個熱點領(lǐng)域是目前紅透半邊天的機器學習,。“這些應用是極具靈活性的FPGA天然優(yōu)勢領(lǐng)域所在,?！?朱璟輝表示，“在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,，F(xiàn)PGA也是一個不能忽視的重要角色。尤其是現(xiàn)在數(shù)據(jù)大爆發(fā),，對數(shù)據(jù)中心的需求激增,，進而提高了對服務器降溫和功耗的需求，具有天然優(yōu)勢的FPGA受到關(guān)注,。那些原本跑在主處理器上,，使用軟件實現(xiàn)的功能,，可以使用FPGA以硬件編程方式實現(xiàn)，而且更加節(jié)能,?！?/p>