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用領域不斷拓寬,。傳統(tǒng)上，F(xiàn)PGA的應用很大程度受到通信市場主導,，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，中國半導體行業(yè)協(xié)會常務副秘書長宮承和指出,，當前FPGA領域存在著行業(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)絡強國的建設,，如何發(fā)展自主可控的FPGA產(chǎn)業(yè),，是留給半導體行業(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應用拓展
近年來FPGA最引人關注的變化趨勢之一就是應用領域不斷拓展。通信,、工控等是FPGA傳統(tǒng)的應用市場,，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開始向新領域擴展,。
微軟亞洲研究院異構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)絡算法大型多層的網(wǎng)絡模型，典型的有循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡為代表,。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,，而在線的服務系統(tǒng)的響應時間在毫秒量級。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當具備如下優(yōu)勢：低延遲,，低開銷和規(guī)?；Ｔ跀?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，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)十萬臺云服務器上部署了 FPGA ,。微軟目前也是在數(shù)據(jù)中心的 FPGA 應用上投入最大的互聯(lián)網(wǎng)公司。
快速興起的網(wǎng)絡邊緣計算對于FPGA的應用需求也在增加,。萊迪思半導體亞太區(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動，F(xiàn)PGA正在被越來越多布署于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設備當中,，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)絡邊緣設備數(shù)量將以110％的復合年增長率爆發(fā)式增長,。
高云半導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域執(zhí)行,，比如音視頻的采集和預處理，它們需要支持簡單或中等復雜度的算法和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、可穿戴設備,，5G通信設備,、網(wǎng)絡交換、工業(yè)控制,、金融設備,、安防監(jiān)控、視頻驅動,、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)品本身的水準來看,，中國企業(yè)想要發(fā)展起來還有很長的路要走?！拔迥甑臅r間算少,，多的可能需要8到10年?！蓖鹾Ａφf,。
除了技術上的差距之外，品牌認知上的差距也非常明顯,?！爸信d事件只是在大環(huán)境上給了國內公司一些觸動，使它們認識到供應鏈管控的重要性,?？墒锹鋵嵉骄唧w產(chǎn)品中的時候，國內供應商遇到的困難還是很多,，客戶對于國內企業(yè)的品牌認可度不高,，擔心是否可以持續(xù)供貨等，甚至對于產(chǎn)品設計工具的學習都有一個過程,。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,?！皣鴥葟S商應該根據(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,。總之,，我們不能簡單復制國外產(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,，以適應用戶需求。比如現(xiàn)在很多智能設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計,，使應用更加便捷,。這些都是差異化的例子?！秉S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中50%以上是保護核心架構的專利,。中國企業(yè)在發(fā)展過程中也應重視,，用戶易用、友好,、支持面向應用軟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，只能以反向設計為主,，芯片設計/軟件開發(fā)人員只有百余人,，沒有自己的架構，工藝落后,，沒有軟件工具和應用開發(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計/軟件開發(fā)隊伍，有了自己的架構雛形,，使用一般的工藝,，擁用基礎的軟件工具和基礎的應用軟IP，有能力進行正向設計,，開始培養(yǎng)國產(chǎn)FPGA的應用人才,。
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計/軟件開發(fā)人員。經(jīng)過努力將有可能形成完備的架構設計,，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,，形成完備的正向設計,，開始逐漸建立FPGA應用生態(tài)圈，并形成上千人的國產(chǎn)FPGA開發(fā)的應用人才隊伍,。
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)千人的芯片設計/軟件開發(fā)人員隊伍,，采用創(chuàng)新架構設計和最先進制造工藝，具有領先的軟件工具,，完備的行業(yè)軟IP及解決方案,，形成相對完整的FPGA應用生態(tài)圈，國產(chǎn)FPGA開發(fā)的應用人才達到數(shù)萬人,。
希望中國FPGA產(chǎn)業(yè)能夠早日實現(xiàn)騰飛,。