FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物,它由輸入/輸出塊、可配置邏輯塊和可編程互聯(lián)三部分組成,同一片F(xiàn)PGA,不同的編程數(shù)據(jù),可以產(chǎn)生不同的電路功能,因此FPGA的使用非常靈活。它可以應(yīng)用在航空航天/國(guó)防、消費(fèi)電子、工業(yè)、通信、數(shù)據(jù)中心、汽車、醫(yī)療、嵌入式視覺和測(cè)試測(cè)量等領(lǐng)域。

據(jù)MRFR統(tǒng)計(jì)2018年全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模為60億美元左右,隨著AI+5G的應(yīng)用逐步展開,其市場(chǎng)規(guī)模有望在2025年達(dá)到125億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為10.22%。其中在亞太地區(qū),尤其是在中國(guó),由于新興基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)用的鋪開,FPGA的復(fù)合增長(zhǎng)率有望高于其他地區(qū),成為FPGA重要的增量市場(chǎng)。

圖1:2013年~2025年全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模。(單位:百萬美元。數(shù)據(jù)來源:MRFR)

因此,對(duì)FPGA廠商來說,接下來幾年是一個(gè)重要的發(fā)展時(shí)期。除了被Intel收購的Altera屬于IDM外,其他FPGA廠商多以Fabless模式運(yùn)營(yíng),目前最先進(jìn)的是由Xilinx推出,臺(tái)積電(TSMC)制造的7nm工藝FPGA。

在市場(chǎng)份額方面,主要還是歐美廠商為主,其中Xilinx和Intel兩家合計(jì)占了市場(chǎng)的72%。國(guó)產(chǎn)FPGA雖然發(fā)展多年,但由于FPGA軟件開發(fā)難度大,需要先進(jìn)的制造、封測(cè)工藝、IP多且雜,因此國(guó)產(chǎn)FPGA的發(fā)展存在嚴(yán)重滯后。?

不過近幾年來,我國(guó)加速了FPGA的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程,無論是企業(yè)、政府,還是資本都在支持國(guó)產(chǎn)FPGA的發(fā)展;加上在AI、IoT、5G快速發(fā)展的推動(dòng)下,我國(guó)將有龐大的FPGA增量市場(chǎng)。因此,國(guó)產(chǎn)FPGA廠商此時(shí)切入可以說是最佳時(shí)期。

以小博大,安路科技的生存之道

雖然國(guó)產(chǎn)FPGA在市場(chǎng)中的占比不多,但參與的廠商其實(shí)不少,比如上海安路信息科技有限公司(簡(jiǎn)稱“安路科技”)就是其中之一。這兩年推出的ELF(精靈)系列產(chǎn)品頗受市場(chǎng)好評(píng), 嚴(yán)格地說ELF系列產(chǎn)品還不算FPGA,應(yīng)該是屬于CPLD產(chǎn)品。

圖2:上海安路信息科技有限公司副總經(jīng)理梁成志

上海安路信息科技有限公司副總經(jīng)理梁成志在接受<電子發(fā)燒友>的采訪時(shí)表示安路科技目前的產(chǎn)品規(guī)劃有高端Phoenix(鳳凰)、中端Eagle(獵鷹)和低端的ELF(小精靈)三個(gè)系列產(chǎn)品。

據(jù)梁成志透露,目前安路科技每個(gè)月的出貨量為上百萬顆,其中最多的還是ELF系列產(chǎn)品。

圖3:安路科技FAE總監(jiān)郭喜林

安路科技FAE總監(jiān)郭喜林表示,安路科技的策略是先從小處著手,逐步擴(kuò)大到復(fù)雜的FPGA產(chǎn)品。因?yàn)镋LF系列產(chǎn)品屬于CPLD,產(chǎn)品不算很復(fù)雜,客戶的代碼量也不是很多,“我們更容易掌握,把產(chǎn)品做得更可靠。以后客戶接受了,就會(huì)提出更高規(guī)模FPGA產(chǎn)品的需求?！?/p>

在梁成志看來,目前階段,對(duì)國(guó)內(nèi)FPGA廠商來說,最重要的還是替代市場(chǎng),因此安路科技現(xiàn)在走的是管腳兼容路線,客戶可以不改PCB,降低客戶的替換時(shí)間和成本。但未來還是會(huì)考慮切入高端市場(chǎng),做更多差異化新產(chǎn)品出來。

據(jù)悉,安路科技將會(huì)在2019年年底推出Phoenix系列產(chǎn)品PH5-100K,該產(chǎn)品將會(huì)采用28nm工藝制造。

“多駕馬車?yán)瓌?dòng)”,安路科技的發(fā)展之道

與其他幾家國(guó)內(nèi)FPGA廠商只專注有限的一兩個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用不同,安路科技從一開始就瞄準(zhǔn)了多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,且都開始站穩(wěn)腳跟。其推出的產(chǎn)品也基本都滿足工業(yè)級(jí)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

“目前,我們的產(chǎn)品在消費(fèi)、工業(yè)和通信領(lǐng)域都有應(yīng)用,我們是多駕馬車共同拉動(dòng),共同增長(zhǎng)。”梁成志興奮地對(duì)<電子發(fā)燒友>表示。

圖4:ELF3在LED顯示屏控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在7月10日深圳舉辦的技術(shù)研討會(huì)上,安路科技重點(diǎn)介紹了其今年推出的ELF3系列產(chǎn)品。ELF3系列產(chǎn)品采用了低功耗55nm工藝設(shè)計(jì)、片內(nèi)集成配置Flash、無需外接配置芯片、使用安路科技自主專利LUT4/5混合邏輯架構(gòu)、最大容量型號(hào)EF3L90具有9K等效邏輯單元、336個(gè)用戶IO、270Kbits BRAM容量、16個(gè)DSP、1Gbps高速LVDS接口,支持雙啟動(dòng)和多重啟動(dòng)功能等功能。

圖5:ELF3在安防監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

同時(shí),安路科技FAE總監(jiān)郭喜林在研討會(huì)上介紹了ELF3在不用應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用情況。他重點(diǎn)介紹了ELF3在LED顯示屏控制系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、無人機(jī)、3D打印機(jī)等領(lǐng)域的領(lǐng)用。

圖6:ELF3在工業(yè)數(shù)控控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭喜林重點(diǎn)提到了ELF3的優(yōu)勢(shì),包括單電源供電、電路簡(jiǎn)潔、占用PCB面積小;上電快速啟動(dòng),可控制系統(tǒng)的上電、復(fù)位等順序等;具有2個(gè)PLL,16路全局時(shí)鐘,典型工作頻率為100~200MHz,可實(shí)現(xiàn)更高邏輯性能;64位DNA,支持位流AES加密;雙啟動(dòng)和多啟動(dòng)功能可支持安全可靠的遠(yuǎn)程升級(jí)。

圖7:ELF3在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

軟硬件協(xié)同發(fā)展

談到國(guó)產(chǎn)FPGA廠商發(fā)展遇到的困難時(shí),郭喜林表示,一是技術(shù)門檻高,核心技術(shù)掌握在國(guó)外少數(shù)的幾家公司手上,其中Xilinx和Intel兩家就握有8000多項(xiàng)專利,對(duì)后進(jìn)者形成了很高的技術(shù)壁壘;二是國(guó)內(nèi)FPGA研發(fā)人員少,而且國(guó)內(nèi)可供FPGA集成的IP還不夠豐富;三是FPGA與其他芯片不一樣的地方是,廠商必須要自己同時(shí)開發(fā)硬件及其配套軟件;四是客戶接受度問題,由于使用了FPGA的產(chǎn)品開發(fā)周期一般都比較長(zhǎng),“一旦客戶的產(chǎn)品成熟了之后,就算你的FPGA性價(jià)比更高,他也不一定會(huì)換,因?yàn)橹匦麻_發(fā)的投入會(huì)很大?！?/p>

研討會(huì)上,安路科技還重點(diǎn)介紹其軟件開發(fā)工具Tang Dynasty(TD4.5)。該款軟件是安路科技自主開發(fā)的從HDL描述到最終位流下載和片上調(diào)試的完整系統(tǒng),為安路科技所有FPGA芯片產(chǎn)品系列提供簡(jiǎn)潔可靠的應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。

TD軟件系統(tǒng)采用基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的層次化設(shè)計(jì),核心優(yōu)化引擎采用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù),主體流程是性能驅(qū)動(dòng)的逐步精確迭代優(yōu)化進(jìn)程。TD軟件系統(tǒng)支持工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)輸入描述,提供良好的第三方設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具接口。能夠幫助客戶實(shí)現(xiàn)HDL2BIT流程、用戶約束、IP生產(chǎn)、時(shí)序分析、下載位流和設(shè)計(jì)調(diào)試等主要功能。

【總結(jié)】

目前國(guó)內(nèi)FPGA廠商有不少,比如上海安路、上海復(fù)旦微、紫光同創(chuàng)、京微齊力、高云半導(dǎo)體和西安智多晶等,不過同國(guó)際領(lǐng)先廠商相比,國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)品不論從產(chǎn)品性能、功耗、功能上都有較大差距。

雖然有差距,但國(guó)產(chǎn)FPGA廠商正在迎頭趕上,據(jù)熟悉安路情況的人士估計(jì),今年安路產(chǎn)值可能在3000萬美元左右。據(jù)目前的市場(chǎng)情況來看,應(yīng)該不難完成,因?yàn)樽罱膰?guó)際貿(mào)易摩擦,很多企業(yè)都有替換的需求,而且已經(jīng)有多家企業(yè)增加了采購量。也就說今年安路科技有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。