近日，中國(guó)首款5G商用手機(jī)在京東和蘇寧正式開(kāi)售，這也意味著國(guó)內(nèi)5G商用正式拉開(kāi)序幕，一場(chǎng)通信史上的重大變革也正在發(fā)生！

　　與4G通信相比,，即將到來(lái)的5G時(shí)代，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求,，具備高速度,、泛在網(wǎng)、低功耗,、低延時(shí)等特性,。目前相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)還在持續(xù)演進(jìn)和迭代中，市場(chǎng)上還沒(méi)有形成統(tǒng)一的方案,，需要在網(wǎng)絡(luò),、設(shè)備及終端靈活應(yīng)對(duì)，可編程的FPGA芯片將由此獲利,！

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        5G成全球爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略高地

　　“5G競(jìng)賽已經(jīng)開(kāi)始,，美國(guó)必須贏?！苯衲?月的演講中,，美國(guó)總統(tǒng)唐納德·特朗普的一句話，再一次印證了5G的重要性,！

　　我們都知道,，移動(dòng)通信技術(shù)每10年都將迎來(lái)一次變革。相對(duì)于之前的通信技術(shù),，5G的重大意義在于“萬(wàn)物互聯(lián)”,，顛覆了傳統(tǒng)通信模式，由此也將衍生出更多的應(yīng)用場(chǎng)景及商業(yè)機(jī)會(huì),。

　　具體而言,，5G技術(shù)將構(gòu)建人、機(jī),、物三元融合的互聯(lián),，作為新一代信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，承載著人工智能,、自動(dòng)駕駛,、VR/AR、無(wú)人機(jī)等應(yīng)用,，成為下一輪科技浪潮的先驅(qū),。為此，5G也成為各國(guó)的爭(zhēng)相攻占的戰(zhàn)略高地,。

　　全球主要國(guó)家5G商用進(jìn)程（資料來(lái)源：中國(guó)信通院）

　　從全球主要國(guó)家的5G布局來(lái)看,，中國(guó)顯然起步更早，在技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)及商用進(jìn)程方面領(lǐng)先于其他國(guó)家,。6月6日,，中國(guó)工信部正式發(fā)放5G商用牌照，中國(guó)移動(dòng),、中國(guó)聯(lián)通,、中國(guó)電信和中國(guó)廣電分別獲得一張運(yùn)營(yíng)牌照，中國(guó)正式步入5G時(shí)代,。

　　目前,，我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)在頻譜、芯片,、終端,、運(yùn)營(yíng)商等環(huán)節(jié)關(guān)鍵因素都已經(jīng)齊備，整體水平已經(jīng)處于國(guó)際第一梯隊(duì),。更為重要的是,，在國(guó)家意識(shí)的推動(dòng)下，中國(guó)5G產(chǎn)業(yè)布局的決心非常明確,，加之華為,、中興、紫光展銳等設(shè)備及器件廠商的大力投入,，OPPO,、vivo、小米等終端廠商的跟進(jìn),，使得我國(guó)有望成為全球5G最重要的市場(chǎng)之一,。

　　雖然說(shuō)2019年是商用元年，但5G產(chǎn)業(yè)還處于剛剛起步階段,。由于我國(guó)消費(fèi)人口基數(shù)大,，移動(dòng)通信技術(shù)成長(zhǎng)迅速，我國(guó)在5G通信設(shè)備技術(shù)方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平,，例如華為輪值董事長(zhǎng)梁華就曾表示,，華為5G技術(shù)成熟度領(lǐng)先其它公司12個(gè)月到18個(gè)月，這是在移動(dòng)通信史上從沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的,。

　　然而,，我國(guó)在FPGA芯片、射頻/模擬芯片,、存儲(chǔ),、CIS,、sensor、光芯片,、高頻高速材料等核心芯片,、元器件和材料方面還比較欠缺。特別是FPGA芯片,，目前在通信領(lǐng)域應(yīng)用方面國(guó)內(nèi)基本依賴進(jìn)口,，在5G通信方面國(guó)外壟斷情況更加嚴(yán)峻。

　　“FPGA的核心技術(shù)目前主要被美國(guó)企業(yè)控制,，歐洲和日本和中國(guó)一樣,，沒(méi)有核心技術(shù)，超過(guò)90%的核心專利在美國(guó)人手里”,，廣東省5G中高頻器件創(chuàng)新中心專家認(rèn)為：“FPGA的研發(fā)投入周期是芯片周期中最長(zhǎng)的,，往往超過(guò)5年，所以很多企業(yè)堅(jiān)持不下來(lái),，國(guó)內(nèi)FPGA企業(yè)也多數(shù)沒(méi)有成型,。”

　　另?yè)?jù)國(guó)內(nèi)5G知名廠商透露,，5G設(shè)備主板外圍都需要大量用到FPGA,。雖然不同5G設(shè)備功能不同，需要的FPGA數(shù)量不盡相同,，但是FPGA對(duì)于5G產(chǎn)業(yè)可以說(shuō)是不可或缺的關(guān)鍵芯片,！

　　對(duì)此，廣東省5G中高頻器件創(chuàng)新中心專家也做了具體解釋：“5G網(wǎng)絡(luò)由于頻率增高,，網(wǎng)絡(luò)覆蓋難度加大,，基站設(shè)備復(fù)雜度也增加很多，F(xiàn)PGA的用量相比4G設(shè)備超過(guò)1倍以上,?！?/p>

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　　FPGA加速5G技術(shù)變革

　　FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列,，擁有大量的可編程邏輯單元,，可以根據(jù)客戶定制進(jìn)行針對(duì)性的算法設(shè)計(jì)。由于3GPP標(biāo)準(zhǔn)一直在演進(jìn),，芯片開(kāi)發(fā)的進(jìn)度一般會(huì)滯后標(biāo)準(zhǔn)2年左右,。為了在5G通信爭(zhēng)奪中保持領(lǐng)先，前期企業(yè)都需要用FPGA實(shí)現(xiàn)功能,，規(guī)?；院笤儆肁SIC芯片替代。

　　另外，為了滿足5G通信的新需求,，海量MIMO,、云RAN、新的基帶和RF架構(gòu)等大量新技術(shù)引入其中,，而隨著接入設(shè)備的增加,，大量的微基站也在興起，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和運(yùn)維通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到最優(yōu)之前,，靈活的FPGA方案被寄予厚望，正在成為各大設(shè)備及系統(tǒng)廠商的首選,。

　　1,、初期階段：加速產(chǎn)品上市進(jìn)度

　　相對(duì)于ASIC芯片而言，F(xiàn)PGA最大的優(yōu)勢(shì)是可以重復(fù)編程,，并且能夠執(zhí)行ASIC的所有邏輯功能,。在技術(shù)還未成熟階段，采用FPGA方案能夠降低成本與開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn),，加速新產(chǎn)品的上市進(jìn)度搶占先機(jī),。

　　特別是在5G初期，技術(shù)預(yù)演需要走在標(biāo)準(zhǔn)制定之前,，考慮到后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中的變動(dòng)性,，F(xiàn)PGA幾乎成為了唯一的方案。在2015年世界移動(dòng)大會(huì)上,，中國(guó)移動(dòng)就展示了其基于FPGA開(kāi)發(fā)的5G基站原型平臺(tái),，為5G技術(shù)發(fā)展積累了大量經(jīng)驗(yàn)。

　　中國(guó)移動(dòng)5G基站原型機(jī)采用大規(guī)模FPGA陣列（資料來(lái)源：中國(guó)移動(dòng)）

　　隨后在MWC 2018期間的 GTI峰會(huì)上,，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家廠商共同啟動(dòng)了“5G終端先行者計(jì)劃”,，基于FPGA的原型機(jī)，推進(jìn)5G終端產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與成熟,。

　　2,、大規(guī)模天線：FPGA更具有靈活性

　　相對(duì)于4G而言，為了增強(qiáng)信號(hào)覆蓋及頻譜效率,，大規(guī)模天線（Massive MIMO）是5G引入的關(guān)鍵技術(shù)之一,。隨之而來(lái)收發(fā)通道數(shù)從16T16R提高到64T64R甚至128T128R，為了降低干擾及抑制噪音,，需要對(duì)每個(gè)天線單元接受到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理,，在自適應(yīng)波束成形中產(chǎn)生了大量的計(jì)算負(fù)載。

　　從4G到5G天線演進(jìn)趨勢(shì)（資料來(lái)源：中興通訊）

　　如果采用傳統(tǒng)的CPU和DSP芯片,，將導(dǎo)致負(fù)載過(guò)重,，F(xiàn)PGA在I/O 、運(yùn)算速度及延遲上均具有優(yōu)勢(shì)。目前在多通道波束成形中,，雖然也有廠商選擇ASIC方案,，但是FPGA更具有靈活性。

　　3,、基站升級(jí)：FPGA節(jié)省更換成本

　　由于通信基站中負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議中物理層,、邏輯鏈路層的協(xié)議部分，每年都需要升級(jí),，特別適合FPGA可編程特性,，幾乎每個(gè)基站中都有FPGA芯片。隨著5G時(shí)代的來(lái)臨,，在標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有完全凍結(jié)之時(shí),，運(yùn)營(yíng)商不可能立即更換基站設(shè)備，而是采用在原有基礎(chǔ)上升級(jí)的過(guò)渡方案,，F(xiàn)PGA將在這一過(guò)程中必不可少,。

　　5G基站大規(guī)模采用FPGA（資料來(lái)源：華為）

　　除此之外，一個(gè)5G基站對(duì)FPGA需求量幾乎是一個(gè)4G基站需求量的兩倍,，5G基站硅的價(jià)值量約為4G基站的1.7倍,，F(xiàn)PGA的價(jià)值量比4G基站多大約1000美元的價(jià)值量。5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，將成為全球FPGA產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)引擎,。另?yè)?jù)Dell' Oro Group報(bào)告分析，未來(lái)五年5G 新空口大規(guī)模天線陣列收發(fā)器的出貨量將超過(guò)5000萬(wàn)個(gè),，由此也將帶動(dòng)FPGA使用量的“迅猛式”增長(zhǎng),。

　　西安卓聯(lián)電子科技有限公司總經(jīng)理、FPGA技術(shù)聯(lián)盟公眾號(hào)創(chuàng)始人趙吉成表示：“FPGA技術(shù)發(fā)展至今,，大致經(jīng)歷了三代革新,。從最初單純的邏輯處理，到引入Arm DSP,，再到集成模擬,、射頻單元，單芯片F(xiàn)PGA正在朝著獨(dú)立系統(tǒng)方向發(fā)展,。而在5G通信應(yīng)用中,，需要實(shí)現(xiàn)算法、高速接口及大規(guī)模邏輯單元,?！?/p>

　　“目前，中興和華為有些小規(guī)模試用國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)品,，市場(chǎng)主要是給一些小型的企業(yè)配套,?！睆V東省5G中高頻器件創(chuàng)新中心專家認(rèn)為：“FPGA的國(guó)產(chǎn)化替代應(yīng)該有很大的空間的，但是難度也非常大,?！?/p>

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　　國(guó)內(nèi)企業(yè)能否分一杯羹？

　　“5G帶來(lái)的市場(chǎng)增量,，以及由此帶來(lái)的系統(tǒng)廠商設(shè)備升級(jí)的需求,，將成為國(guó)產(chǎn)FPGA加速成長(zhǎng)的一個(gè)機(jī)會(huì)?！弊瞎馔瑒?chuàng)市場(chǎng)總監(jiān)呂喆首先看到的是,，巨大的市場(chǎng)增量給行業(yè)帶來(lái)的機(jī)遇。

　　那么,，增量有多大,？

　　根據(jù)天風(fēng)證券的預(yù)測(cè)，在5G等新興應(yīng)用的推動(dòng)下,，2025年全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到125億美元左右，年復(fù)合增長(zhǎng)率為10.22%,。其中電子通信應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到44億美元左右,。

　　如果按照30%的占比來(lái)看，在電子通信應(yīng)用領(lǐng)域,，到2025年中國(guó)市場(chǎng)就能為FPGA提供超過(guò)13億美元需求,，而國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域的還幾乎是空白。

　　全球FPGA市場(chǎng)預(yù)測(cè)

　?。ㄙY料來(lái)源：MRFR,，天風(fēng)證券研究所）

　　在應(yīng)用方面，除了原型設(shè)計(jì),、波束成形及基站協(xié)議升級(jí)之外,，實(shí)際上FPGA在通信領(lǐng)域使用非常廣，在傳輸網(wǎng)和骨干網(wǎng),，數(shù)字信號(hào)調(diào)制和基帶處理,、接口處理，DFE數(shù)字前端信號(hào)處理,、接口轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都有應(yīng)用,。

　　FPGA在5G領(lǐng)域的應(yīng)用（資料來(lái)源：芯師爺）

　　而對(duì)于通信應(yīng)用而言，由于需要處理大量的運(yùn)算,，千萬(wàn)門級(jí)高性能FPGA是一個(gè)門檻,。目前國(guó)內(nèi)僅紫光同創(chuàng)推出了自主產(chǎn)權(quán)2000千萬(wàn)門級(jí)高性能FPGA產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在中高端大規(guī)模FPGA市場(chǎng)的空白,，但由于工藝和性能落后等因素,，只可用于接口轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)控制、報(bào)文協(xié)處理等普通通信應(yīng)用場(chǎng)景需求,。

　　另外,，據(jù)公開(kāi)資料顯示，紫光同創(chuàng),、上海安路,、廣東高云等中國(guó)FPGA領(lǐng)先廠商均發(fā)布了28nm工藝1000萬(wàn)門級(jí)自主產(chǎn)權(quán)FPGA的上市計(jì)劃，可用于更多通信應(yīng)用場(chǎng)景,，預(yù)計(jì)能夠滿足通信設(shè)備領(lǐng)域的絕大部分中低端FPGA應(yīng)用場(chǎng)景的使用需求,，但無(wú)線基帶處理、高速傳輸和交換,、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)業(yè)務(wù)處理等高端通信應(yīng)用場(chǎng)景所需要的5000萬(wàn)門級(jí),、乃至億門級(jí)自主產(chǎn)權(quán)超高性能FPGA產(chǎn)品，還沒(méi)有規(guī)劃,，還有待解決,。

　　截至2018年底，中國(guó)5G基站數(shù)量就已經(jīng)達(dá)到了35萬(wàn)個(gè),，而美國(guó)僅僅只有3萬(wàn)個(gè),。隨著今年6月工信部正式發(fā)布5G牌照，5G基站建設(shè)也開(kāi)始進(jìn)一步加速,。預(yù)計(jì)2019年全年中國(guó)5G基站數(shù)量將新增15萬(wàn)個(gè),，領(lǐng)先于全球其他國(guó)家。毫無(wú)疑問(wèn),，5G技術(shù)所帶來(lái)的變革將在中國(guó)市場(chǎng)率先落地,，由此也將帶來(lái)國(guó)內(nèi)FPGA需求的大幅增長(zhǎng)。

　　面對(duì)通信市場(chǎng)的需求增長(zhǎng),，呂喆對(duì)于國(guó)產(chǎn)FPGA的未來(lái)出路有了更長(zhǎng)遠(yuǎn)的思考：“5G網(wǎng)絡(luò)在傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)精度等方面,，對(duì)系統(tǒng)和芯片方案提出了更高的要求，對(duì)國(guó)產(chǎn)FPGA來(lái)說(shuō),，既是機(jī)遇,，也是挑戰(zhàn)。如果能與國(guó)內(nèi)通信設(shè)備系統(tǒng)廠商一起合作的話,，將加速國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)品在通信和5G應(yīng)用領(lǐng)域的催熟,。”

　　對(duì)此,，國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金總裁丁文武也曾強(qiáng)調(diào)到：“投資人不僅僅要支持設(shè)計(jì)業(yè),，還要支持像CPU、DSP,、FPGA,、MEMS這樣戰(zhàn)略性的高端芯片領(lǐng)域,。”

　　“我們起步比國(guó)外企業(yè)晚了近20年,，國(guó)內(nèi)外差距還非常明顯,，高端領(lǐng)域國(guó)內(nèi)企業(yè)幾乎還沒(méi)有涉足?！壁w吉成認(rèn)為：“未來(lái)一段時(shí)間內(nèi),，國(guó)內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)都將處于追趕階段，但是近幾年國(guó)家對(duì)芯片自主化關(guān)注越來(lái)越高,，這也是一個(gè)難得機(jī)會(huì),。”

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　　寫在最后：

　　作為移動(dòng)通信領(lǐng)域又一個(gè)重大變革,，5G技術(shù)和產(chǎn)業(yè)還僅僅邁出了第一步,，F(xiàn)PGA在其技術(shù)演進(jìn)中扮演者不可或缺的角色，而國(guó)內(nèi)還處于空白狀態(tài),。全球5G的爭(zhēng)奪正變得愈發(fā)激烈,，想要在5G領(lǐng)域真正領(lǐng)跑，不再受制于人,，必須加大對(duì)國(guó)內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)的扶持力度,，實(shí)現(xiàn)在高端領(lǐng)域的自主化。