国产FPGA的生存现状分析:挑战与机遇并存的发展前景
eeskill 2023-12-04


最近,一份关于FPGA巨头Xilinx赛灵思的财报老wu觉得蛮有意思,2019 财年第三季度,赛灵思净收入8 亿美元,同比上涨 34%,这是赛灵思“里程碑式的成就”——首次实现了8亿美元的收入,同时盈利再次创下了公司的纪录。财报发布次日,赛灵思股价应声上涨 18%,在科技股寒冬中可谓逆势走强。其中,通信业务得益于全球 4G LET 和 5G 的部署,增幅达到 41%, 在各业务板块中增幅最高。通信板块的增长主要受益于韩国 5G 部署和中国 5G 部署的提早开始。



随着未来几年大量5G基站的部署,给国外移动通信厂商带来可观的利润增长那是肯定,但没想到国外FPGA厂家也能赚个盆满钵满,还是创纪录式的盈利。


这得益于无线通信、航空航天和国防、测试测量和仿真市场的强势带动,赛灵思在每个主要终端市场都取得了增长。特别是5G无线通信市场,5G时代用的频率很可能从4G时代的1.8G提升至3.5G,这意味着其频率穿透性会变差,衰减也会更快,基站覆盖范围要远小于3G、4G基站。有数据显示,一个3G基站可以覆盖的区域可能需要4-5个5G基站覆盖。高通曾在旧金山做过实验,0.1个平方公里的区域,需要部署174个2.8G频段的小基站,然后才能达到5G的服务标准。这意味着需要运营商需要购买数倍的基站,这也带动了赛灵思业务的增长。


5G 与 FPGA 有什么关联?


5G 网络的典型特点包括高速度、泛在网、低功耗、低延时,以及更高的可扩展性、智能性和异构性。 为满足这些新的要求,5G 网络必须采用许多新的技术,比如海量 MI-MO、云 RAN、新的基带和 RF 架构 等,而这些新的技术存在不确定性和较长的优化和迭代过程,而且市场上短期内没有形成统一的方案, 在网络应用和运维通过较长时间达到最优之前,都需要 FPGA 方案解决。FPGA 两大国际巨头赛灵思和英特尔都将 5G 通信作为未来几年的战略方向之一。


Xilinx赛灵思在FPGA界是怎么个存在?


FPGA是电场可编程逻辑闸阵列(英语:Field Programmable Gate Array)的缩写,赛灵思是FPGA、可编程SoC及ACAP的发明者,也是全球第一大FPGA供应商。


FPGA市场份额第二名是Altera,于2015年12月28日,被英特尔收购。第三名是Lattice。


FPGA市场基本上国外Xilinx、Altera、Lattice三家为大, FPGA自Xilinx发明以来,主要的高端技术一直被其所掌控,据业内人士称,Xilinx在FPGA方面一直很高傲,甚至瞧不起Altera、Lattice等同样在FPGA方面具有雄厚实力的巨头。


我们知道未来5G市场规模非常巨大,在5G移动通信领域,我们有华为可以与国外厂商拜一下手腕,那面对5G 带给 FPGA 的丰厚红利,国内厂家能分上一杯羹吗?


目前,FPGA龙头厂商以Xilinx赛灵思、英特尔(并购了Altera)为主,Lattice莱迪思和Microsemi美高森美也占据了一定的市场份额。


在国家政策和资金的支持下,国内的FPGA玩家也不少,光上海地区来看,FPGA企业数量就超过了整个美国,但一个能打的都没有


之前国内比较知名的FPGA厂商是京微雅格,其通过开创“硬件可重构,软件可编程”特点的FPGA+CPU+RAM+Flash可配置应用平台,拟在国外严重垄断的市场杀出一条血路来,以此撬动FPGA的中低端市场,但最终还是失败了。


目前国产能量产的FPGA中,规模最大、指标最先进的是紫光同创的 Titan 系列 FPGA,逻辑规模近 200K,支持 6.6Gbps 的 Serdes,这个指标距离国际先进水平还有很大的差距。其他厂商还有上海安路、广东高云,京微齐力、上海复旦微、AGM等企业,都以偏低端的 CPLD 和小规模 FPGA 器件为主,市场占有率低。


当然,米国对我国的FPGA产品与技术出口有苛刻的审核和禁运制度的,为使得国家在航天、航空乃至国家安全领域有FPGA可用,政府多年来投入了数百亿科研经费,通过逆向工程方式仿制的FPGA产品还是取得了一定的成绩,但由于知识产权、工艺和软件技术等多方面的限制,供给军工领域小批量试用还行,但受专利保护的限制,要进入更广阔的商业应用领域还是困难重重的,赛灵思、英特尔两家FPGA专利超过6000项,覆盖了单元架构、IP和互连等各方面核心技术,可以说技术壁垒实在太高了。


允许弯道超车吗?限制中国FPGA产业发展的瓶颈


技术垄断


Xilinx、Intel、Lattice、Microsemi等厂商拥有共计~10000件专利,占总量60+%,

FPGA架构和核心电路、应用方案,基本被国外专利网覆盖,限制初创公司技术发展。


人才垄断


全球绝大部分FPGA专业人才,集中在美国四家龙头厂商,其他厂商人才匮乏、难觅!


资金投入门槛高


芯片需要最先进制造封测工艺、软件开发难度大、IP多而杂,需要众多产品才能支撑市场。因此,FPGA产业发展资金投入巨大!Xilinx研发投入~5亿美元/年,占净利润的84%! 国产厂商研发投入严重不足,紫光同创投入最高,也只有~1.5亿元/年! FPGA行业,投入大、见效慢,靠行业投资难以做起来,必须靠政府支持才有希望!


希望还是要有的,而且必须要有!


研发具有自主知识产权的FPGA技术与产品对打破美国企业和政府结合构成的垄断及涉及国家利益方面都意义深远。


FPGA对国家安全至关重要


– 信息安全: 棱镜门监听、英国发现波音787客机的FPGA内置火焰病毒等事件,足见FPGA安全的重要性


– 产业安全: 中兴禁运危机等事件,引发中兴、华为等系统厂商对核心器件国产化的高度关注


– 国防安全: 美国对中国国防设备禁运所有FPGA,尤其高端FPGA“一颗难求”!


不论国产FPGA现状如何,我们都要抱着一个积极和乐观的心态去看待,弯道超车是不可能的了,只有脚踏实地,未来才可期。


未来包括AI、大数据、物联网、无人驾驶在内的新兴行业都处于快速变化的阶段,对极具灵活性、可重构的FPGA产品将有很大的需求,构成庞大的增量市场。避免与美国两家大品牌的正面冲突,寻找中低端市场的突破口,老wu还是相信未来国内会出现不错的FPGA公司。


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