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(jì)的外圍器件逐漸演變?yōu)?a class="innerlink" href="http://wldgj.com/tags/數(shù)字系統(tǒng)" title="數(shù)字系統(tǒng)" target="_blank">數(shù)字系統(tǒng)的核心。隨著人工智能,、機(jī)器學(xué)習(xí)、工業(yè)控制,、無人駕駛,、大數(shù)據(jù)等對(duì)并行計(jì)算的強(qiáng)烈需求，以及半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)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,。
FPGA在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)機(jī)器人設(shè)備中應(yīng)用不斷擴(kuò)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(tái)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(dòng)化,、控制技術(shù)的智能化發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)成為人們的共識(shí),。受益于工業(yè)自動(dòng)化與智能化的發(fā)展，擁有彈性設(shè)計(jì)特性的FPGA有望更加廣泛地應(yīng)用到工業(yè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中,。
對(duì)此,，廣東高云半導(dǎo)體科技股份有限公司副總裁兼首席技術(shù)執(zhí)行官朱璟輝向《中國電子報(bào)》記者表示，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(yīng)用,，如PLC,、人機(jī)界面HMI控制、馬達(dá)控制,、視頻監(jiān)控,、機(jī)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(jì)彈性。
朱璟輝說：“隨著科技的進(jìn)展,，制造業(yè)走向更高度的自動(dòng)化與智能化,，對(duì)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(gè)領(lǐng)域的應(yīng)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(jì)算平臺(tái),、MES系統(tǒng)等都是支持工業(yè)智能化的重要平臺(tái),，它們需要完成大數(shù)據(jù)量的復(fù)雜處理，F(xiàn)PGA在其中可以發(fā)揮重要作用,。二是工業(yè)機(jī)器人設(shè)備領(lǐng)域,。在多軸向運(yùn)作的精密控制、實(shí)時(shí)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(jì)優(yōu)勢(shì)?！?/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(shí)代的發(fā)展大趨勢(shì),。FPGA可以助推這個(gè)趨勢(shì)的發(fā)展。
其實(shí)除了工業(yè)應(yīng)用之外,，F(xiàn)PGA的應(yīng)用領(lǐng)域還有很多,。資料顯示，如果依銷量為序,，F(xiàn)PGA的應(yīng)用市場(chǎng)依次為通信,、工業(yè)、軍事,、航空,、消費(fèi),、數(shù)據(jù)中心、汽車和醫(yī)療,?！半S著技術(shù)的發(fā)展，新的應(yīng)用市場(chǎng)不斷出現(xiàn),，現(xiàn)在人工智能,、機(jī)器學(xué)習(xí),、無人駕駛,、大數(shù)據(jù)等，對(duì)并行計(jì)算都有著強(qiáng)烈的需求,，而這些正是FPGA擁有天然優(yōu)勢(shì)的新方向,。如汽車ADAS ，需要處理實(shí)時(shí)高清圖像,，及時(shí)分析識(shí)別與處理,，F(xiàn)PGA的作用明顯。在人工智能方面,，深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也需要進(jìn)行大量并行運(yùn)算,。”朱璟輝說,。
三重利好推動(dòng),，中國發(fā)展FPGA正當(dāng)其時(shí)
正是由于FPGA在網(wǎng)絡(luò)通信、芯片設(shè)計(jì)原型驗(yàn)證,、軍事航空,、大數(shù)據(jù)并行運(yùn)算等領(lǐng)域具有戰(zhàn)略價(jià)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(chǎng)基本上國外Xilinx、Altera(英特爾并購),、Lattice三家為大,。近些年來，國內(nèi)一些FPGA廠商也在崛起,，如高云半導(dǎo)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(chǎng)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(duì)此,，朱璟輝表示,，當(dāng)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(yīng)用面正在拓寬,，特別是《中國制造2025》、“強(qiáng)基戰(zhàn)略”等對(duì)芯片安全,、國產(chǎn)化有了迫切的需要,，加上消費(fèi)電子等領(lǐng)域潛在需求的爆發(fā)，中國正在成為FPGA的重要市場(chǎng),。其次,，隨著國際巨頭競(jìng)爭(zhēng)的激烈，產(chǎn)業(yè)調(diào)整,，導(dǎo)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(shí)效的到期(特別是基礎(chǔ)專利),，也為國內(nèi)廠商進(jìn)行技術(shù)性規(guī)避創(chuàng)造了條件。
朱璟輝介紹說：“高云半導(dǎo)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(tái)積電55納米嵌入Flash工藝,，產(chǎn)品直接競(jìng)爭(zhēng)Altera MAX V10和Lattice XO2/3;100萬門~500萬門易失性FPGA產(chǎn)品,，采用臺(tái)積電55nm基于SRAM，可與Xillinx Spartan及Altera Cyclone系列PK,。應(yīng)用可以覆蓋視頻,、工業(yè)控制、消費(fèi)和安全領(lǐng)域,，逐步滲透機(jī)器學(xué)習(xí),、物聯(lián)網(wǎng)、智能控制等領(lǐng)域,?！?/p>
“下一步高云半導(dǎo)體將開展28納米中高密度產(chǎn)品，切入通信及計(jì)算市場(chǎng),，計(jì)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(jìn)入通信,、大數(shù)據(jù)高速運(yùn)算等涉及國家安全急需的關(guān)鍵領(lǐng)域?！?/p>
嵌入式FPGA概念雖好,，要發(fā)展起來仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
在談到FPGA的發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，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(fù)用,、系統(tǒng)集成,，緊密結(jié)合應(yīng)用需求,，多元化發(fā)展是FPGA的總體發(fā)展方向,。
針對(duì)日前有公司推出嵌入式FPGA產(chǎn)品，朱璟輝認(rèn)為,，F(xiàn)PGA在大規(guī)模計(jì)算和可重構(gòu)性有強(qiáng)烈需求的數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域表現(xiàn)出色,。那些對(duì)異構(gòu)計(jì)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(yīng)用市場(chǎng)之一,。但是,，F(xiàn)PGA需要有一個(gè)完善的復(fù)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(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),，因?yàn)樵谶@個(gè)過程中，需要針對(duì)不同的IP核定制一系列復(fù)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(yán)峻的挑戰(zhàn),。
FPGA關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域是目前紅透半邊天的機(jī)器學(xué)習(xí),。“這些應(yīng)用是極具靈活性的FPGA天然優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域所在,?！敝飙Z輝表示，“在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,，F(xiàn)PGA也是一個(gè)不能忽視的重要角色,。尤其是現(xiàn)在數(shù)據(jù)大爆發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求激增,，進(jìn)而提高了對(duì)服務(wù)器降溫和功耗的需求,，具有天然優(yōu)勢(shì)的FPGA受到關(guān)注,。那些原本跑在主處理器上，使用軟件實(shí)現(xiàn)的功能,，可以使用FPGA以硬件編程方式實(shí)現(xiàn),，而且更加節(jié)能?！?/p>