【原创】从紫光同创获奖看本土FPGA发展

winniewei 提交于 周一, 10/28/2019
【原创】从紫光同创获奖看本土FPGA发展

作者:张国斌

FPGA是通信、医疗、消费、军工领域不可或缺的关键器件,主要完成信号转换、协议处理、原型验证等多种功能,由于技术难度大、投入产出缓慢,尽管发明30多年,但还在这个领域深耕的公司屈指可数,目前,头部企业赛灵思和Altera垄断了FPGA大部分市场,在中美贸易摩擦中,FPGA和高端CPU、ADC一样成为“卡脖子”的产品,近年来,随着本土FPGA开始崛起,FPGA领域终于迎来了中国军团。现在,本土形成了以紫光同创为龙头、复旦微电子、安路科技、高云半导体、西安智多晶等快速发展的势态,在通信、工业、航天、LED屏控制、消费电子等领域获得大量采用。

随着5G、人工智能、物联网、数据中心、智能驾驶等新兴产业的兴起,传统芯片已无法很好满足应用需求。灵活可编程的FPGA芯片成为未来科技发展的重要驱动力,具有重要的战略意义。

10月25日,由中国电子信息产业发展研究院、青岛国家高新技术产业开发区管委会、中国半导体行业协会联合主办的“第十四届‘中国芯’集成电路产业促进大会”在青岛盛大开幕。紫光同创自主研发的Titan系列高端FPGA产品PGT180H从参评的187款芯片中脱颖而出,成功斩获2019年度“中国芯·优秀市场表现产品”奖,成为本届“中国芯”获奖的唯一一款FPGA产品。

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作为中国FPGA领导厂商,紫光同创始终致力于核心芯片及器件的国产化。近年来,陆续推出了采用40nm工艺的Titan系列高性能FPGA产品、40nm工艺的Logos系列高性价比FPGA产品、55nm工艺的Compact系列CPLD产品,覆盖了高、中、低端市场应用需求。

2019年单型号销售额近亿元 

“以用立业,以用兴业”是本届集成电路促进大会的主题,也非常准确的点出了国内集成电路产业的困局。在中美贸易竞争及国产替代的大背景下,国产芯片只有得到应用端的认可,才能加快产品迭代的速度,提升国产芯片的竞争力。

此次紫光同创获奖的产品PGT180H是本土FPGA厂商中最高端的产品,它采用自主产权的体系结构和先进工艺,高达2000万门,系统最高频率500MHz,SERDES速率6.25Gbps,支持万兆、千兆网络传输接口,广泛应用于通信、视频、工业控制等多个应用领域,填补了国内在自主产权千万门级高性能FPGA领域的空白。

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截止目前,紫光同创自主研发的Titan系列高端FPGA产品PGT180H已向国内多家领先通信设备厂商批量供货,2019年该单型号FPGA产品销售额就接近1亿元,成功打破了国外巨头在终端应用的长期垄断。

目前,我国5G通信产业在频谱、芯片、终端、运营商等环节关键因素都已经齐备,整体水平处于国际第一梯队。但是在FPGA芯片、射频/模拟芯片、存储、CIS、sensor、光芯片、高频高速材料等核心芯片、元器件和材料方面还比较欠缺。特别是FPGA芯片,还基本依赖进口,对国内5G通信产业发展带来严峻挑战。

在通信领域,紫光同创PGT180H主要应用在网络接入和传送设备中,用于接口转换、数据包处理等应用场景,产品品质、稳定性及服务水平均获得市场认可,实现了同等规模FPGA产品的国产化替代,缓解了被国外厂商“卡脖子”的困境。特别是在中美贸易战背景下,解决了国内龙头通信设备厂商产品研制的生死问题,保障了我国5G等通信设备的研发和生产。

填补中国FPGA最后一片荒地

对于FPGA产业而言,国外巨头已经进入7nm制程工艺阶段,逻辑规模高达4亿门,主要面向人工智能及数据中心等高端应用领域。反观国内FPGA企业,由于技术及人才等多方面原因,大规模、高性能FPGA领域几乎成为了“无人区”。

截止目前,国内FPGA企业还主要以40nm和55nm制程工艺为主,产品逻辑规模在200K以内,和国外巨头仍有很大的差距。在完成国内首款千万门级高性能FPGA产品的破局之后,紫光同创采用28nm先进工艺的千万门级高性能FPGA测试片已流片成功,工程样品即将发布上市,率先将国产自主产权FPGA带入新一代工艺节点,为客户提供更加高性能和低功耗的FPGA解决方案。

本土FPGA任重道远

根据MRFR统计以及预测,在2013年全球FPGA的市场规模在45.63亿美元,至2018年全球FPGA的市场规模缓步增长至63.35亿美元。但随着目前5G时代的进展以及AI的推进速度,MRFR预测FPGA在2025年有望达到约125.21亿美元。

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目前中国厂商在FPGA这个细分领域和国外巨头的差距比其他领域要大,其中最大的原因就是FPGA技术门槛非常高,核心技术只掌握在及其少数的公司手上。根据统计目前Xilinx和Altera拥有超过6000项专利,对该行业的后进入者形成了难以跨越的技术壁垒。

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在紫光同创高歌猛进的同时,本土其他FPGA厂商也大踏步前进,复旦微电子已经研发出性能媲美赛灵思Virtex-7的高端FPGA ,安路科技、智多晶、高云等也是旗开得胜。

今年6月,上海安路完成了D轮增资,本轮增资中,老股东华大半导体、中信资本和公司创始团队行使了优先认购权,引入的新股东为“国家集成电路产业投资基金股份有限公司”(以下简称“大基金”)、“深圳市创新投资集团有限公司”、“苏州厚载成长投资管理合伙企业(有限合伙)”等。据悉,本轮融资将用于上海安路28纳米(及12纳米)千万门级、五千万门级FPGA、SOC FPGA的研发,新产品将主要应用于通讯、工控、显示、消费电子以及人工智能领域,为全球半导体公司提供高性能、低成本、高可靠性的优质FPGA。 

西安智多晶目前已实现55nm、40nm工艺中密度FPGA的量产,并针对性推出了内嵌Flash、SDRAM等集成化方案产品,截至2018年已批量发货2KK片。在今年世界移动通信大会-上海展(以下简称MWC上海)上,西安智多晶展出了已在多个应用领域成功商用的Sealion 2000系列FPGA芯片。本次参展,智多晶受中国移动研究院邀请,连同中移动5G小站整体解决方案一并亮相。作为5G小站解决方案中的重要芯片提供商,智多晶和众多同行、嘉宾一起,在此次MWC盛会中近距离感受了5G时代到来后的丰富应用,涉及到出行、娱乐、健康医疗及生产制造等多个领域。

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中国移动展区国产芯片展区 - 「智多晶微电子」

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「智多晶微电子」展位现场

2014年,高云半导体成立于佛山,后搬到广州,核心研发人员平均从事FPGA软件、硬件技术开发时间超过15年。其CEO朱璟辉毕业于清华大学,从1996年到2011年在Lattice负责技术研发,经历了7代FPGA产品开发,获得了11项美国专利,5项中国专利;其SVP 宋宁曾在Lattice、Cadence担任过高工,负责高云半导体FPGA全流程软件开发,对FPGA架构、硬件设计、软件研发同步开发有独到经验。

在产品研发方面,高云半导体2015年量产国内第一块产业化的55nm工艺400万门的中密度FPGA芯片,并开放开发软件下载;2016年第一季度顺利推出国内首颗55nm嵌入式Flash+SRAM的非易失性FPGA芯片;2017年小蜜蜂家族中的GW1N-4、GW1N-1,晨熙家族GW2A系列FPGA产品开始批量出货;2018年,高云宣布研发成功了GW3AT-100,这是国内首款28纳米中高密度FPGA,由台积电代工;2019年,高云宣布推出安全FPGA。

今年8月,广东高云半导体科宣布签约日本丸文株式会社为其日本经销商,将其FPGA打入日本市场,成为第一家将中国FPGA引入日本市场的本土FPGA公司。

上海遨格芯微电子有限公司(AGM)成立于2012年,是国内领先的以可编程逻辑技术为基础, 提供应用市场SoC芯片的半导体集成电路无生产线设计公司,由来自美国硅谷知名可编程逻辑 SoC 企业的团队和国内资深工程团队创办,AGM目前主要是布局在中小规模的FPGA/CPLD。

2016年6月,京微雅格因为资金、结构调整问题走向了分裂。但在王海力和几名老员工的坚持和努力之下,得到了投资方的注资,进行二次创业,成立了京微齐力。除了继续销售原有的FPGA芯片,还研发面向人工智能 等新兴应用的AiPGA芯片、异构计算HPA芯片、嵌入式可编程eFPGA IP核,现在京微齐力走向正轨,2018年,京微齐力销售订单超过千万,京微齐力定位成为中国最优秀的国产FPGA及新一代异构可编程计算芯片的供应商,公司未来发展的关键还是能提供有市场竞争力的产品。

总体而言,依托本土广阔的应用市场,本土FPGA厂商都会找到自己的发展空间,不过本土FPGA厂商除了提升产品性能和可靠性外,还需要在工具开发、生态建设上补齐短板,“路漫漫其修远兮”,由于本土FPGA企业起步较晚,厂商规模还不大,本土FPGA未来发展任重道远,仍需假以时日。

所以这次紫光同创斩获中国芯·优秀市场表现产品奖意义重大,紫光同创营销中心总经理包朝伟表示优秀市场表现奖这个奖含金量很高,是需要有大量市场销量为根基的,紫光同创能拿到这个奖也是有里程碑的意义,未来紫光同创将不断向高端FPGA冲击,紫光同创已启动14nm亿门级超高速SERDES高端FPGA研发工作,接下来将陆续展开各项关键技术和关键功能模块的研发,以此彻底打破国外厂商在高端应用垄断局面,为国内新一代通信技术、数据中心、云计算等高端应用保驾护航,拿下中国FPGA产业最后一片荒地!

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