FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(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/國防、消費電子、工業(yè)、通信、數(shù)據(jù)中心、汽車、醫(yī)療、嵌入式視覺和測試測量等領(lǐng)域。

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

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

因此,對FPGA廠商來說,接下來幾年是一個重要的發(fā)展時期。除了被Intel收購的Altera屬于IDM外,其他FPGA廠商多以Fabless模式運營,目前最先進的是由Xilinx推出,臺積電(TSMC)制造的7nm工藝FPGA。

在市場份額方面,主要還是歐美廠商為主,其中Xilinx和Intel兩家合計占了市場的72%。國產(chǎn)FPGA雖然發(fā)展多年,但由于FPGA軟件開發(fā)難度大,需要先進的制造、封測工藝、IP多且雜,因此國產(chǎn)FPGA的發(fā)展存在嚴重滯后。?

不過近幾年來,我國加速了FPGA的國產(chǎn)化進程,無論是企業(yè)、政府,還是資本都在支持國產(chǎn)FPGA的發(fā)展;加上在AI、IoT、5G快速發(fā)展的推動下,我國將有龐大的FPGA增量市場。因此,國產(chǎn)FPGA廠商此時切入可以說是最佳時期。

以小博大,安路科技的生存之道

雖然國產(chǎn)FPGA在市場中的占比不多,但參與的廠商其實不少,比如上海安路信息科技有限公司(簡稱“安路科技”)就是其中之一。這兩年推出的ELF(精靈)系列產(chǎn)品頗受市場好評, 嚴格地說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)三個系列產(chǎn)品。

據(jù)梁成志透露,目前安路科技每個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,逐步擴大到復(fù)雜的FPGA產(chǎn)品。因為ELF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,對國內(nèi)FPGA廠商來說,最重要的還是替代市場,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,降低客戶的替換時間和成本。但未來還是會考慮切入高端市場,做更多差異化新產(chǎn)品出來。

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

“多駕馬車拉動”,安路科技的發(fā)展之道

與其他幾家國內(nèi)FPGA廠商只專注有限的一兩個領(lǐng)域應(yīng)用不同,安路科技從一開始就瞄準了多個應(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)級應(yīng)用標準。

“目前,我們的產(chǎn)品在消費、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,共同增長?！绷撼芍九d奮地對<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)研討會上,安路科技重點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、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EF3L90具有9K等效邏輯單元、336個用戶IO、270Kbits BRAM容量、16個DSP、1Gbps高速LVDS接口,支持雙啟動和多重啟動功能等功能。

圖5:ELF3在安防監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

同時,安路科技FAE總監(jiān)郭喜林在研討會上介紹了ELF3在不用應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用情況。他重點介紹了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、3D打印機等領(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

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

圖7:ELF3在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

軟硬件協(xié)同發(fā)展

談到國產(chǎn)FPGA廠商發(fā)展遇到的困難時,郭喜林表示,一是技術(shù)門檻高,核心技術(shù)掌握在國外少數(shù)的幾家公司手上,其中Xilinx和Intel兩家就握有8000多項專利,對后進者形成了很高的技術(shù)壁壘;二是國內(nèi)FPGA研發(fā)人員少,而且國內(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,“一旦客戶的產(chǎn)品成熟了之后,就算你的FPGA性價比更高,他也不一定會換,因為重新開發(fā)的投入會很大?！?/p>

研討會上,安路科技還重點介紹其軟件開發(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)品系列提供簡潔可靠的應(yīng)用設(shè)計開發(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,核心優(yōu)化引擎采用創(chuàng)新的設(shè)計自動化技術(shù),主體流程是性能驅(qū)動的逐步精確迭代優(yōu)化進程。TD軟件系統(tǒng)支持工業(yè)界標準的設(shè)計輸入描述,提供良好的第三方設(shè)計驗證工具接口。能夠幫助客戶實現(xiàn)HDL2BIT流程、用戶約束、IP生產(chǎn)、時序分析、下載位流和設(shè)計調(diào)試等主要功能。

【總結(jié)】

目前國內(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,不過同國際領(lǐng)先廠商相比,國產(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,但國產(chǎn)FPGA廠商正在迎頭趕上,據(jù)熟悉安路情況的人士估計,今年安路產(chǎn)值可能在3000萬美元左右。據(jù)目前的市場情況來看,應(yīng)該不難完成,因為最近的國際貿(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實現(xiàn)爆發(fā)式增長。