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由點到面,國產FPGA產業鏈的突圍之路漫漫

2019-09-10

隨著AI、大數據、物聯網、無人駕駛等新興技術的發展,FPGA憑借靈活性、可重構性贏得了更多增量市場。賽靈思的營收也一路高歌,在2019財年突破了30億美元,年度增長高達24%,而全球FPGA市場規模在50-60億美元,僅賽靈思一家就占據了半壁江山,加上英特爾PSG和Lattice拿走的市場份額,留個國產FPGA的市場空間所剩無幾。

國內FPGA發展的最大障礙就是專利技術,賽靈思和英特爾兩家公司從單元架構、IP,到互聯等核心技術設置了層層壁壘,國產FPGA公司發展二十多年來,在突圍的路上走得異常艱難,到現在依然處于被動創新、研發成本居高不下的窘況中。根據GlobalMarketInsights的數據,預計到2022年亞太區域FPGA市場將突破40億美元,而國外廠商會占到99%的市場份額。在國產當自強的大背景下,如何發力突圍成為國產FPGA廠商面臨的最大挑戰。

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目前國內的FPGA廠商主要有京微齊力、高云半導體、紫光同創、上海安路科技、AGM幾家公司,下面我們就透過這些公司的發展來看一看國產FPGA市場的發展歷程。

京微齊力:二次創業再出發

大家可能對京微齊力沒有太深刻印象,但是一定聽說過“京微雅格”這個名字。京微雅格就是京微齊力的前身。京微雅格成立于2005年,為了繞過國外公司的專利壁壘,沒有做與賽靈思、Altera(現在的英特爾PSG)、Lattice Pin-pin兼容的芯片,而且采用了SoC FPGA的戰略,片上整合了DSP、Memory、MCU等單元的產品。當時京微雅格CEO劉明的解釋是,FPGA和MCU不同,MCU可以從ARM獲得授權,而FPGA所有的代碼、工具都要自己一點點去搭,國外公司對我們造成的技術壁壘,這就好比高速公路設有收費站,咱們進不去,只好另辟蹊徑,走鄉間小路。

從2012年開始,京微雅格開始將產品商用化,相繼推出了“山”、“河”系列,但是面向的都是中低端市場。在2016年初,京微雅格發布了面向高端市場的“云”系列CME-C1,也代表國產FPGA從低端逐步邁向中高端市場。當時京微雅格的市場副總裁王海力介紹,CME-C1在關鍵技術指標上達到了國內領先,可實現對同行競爭對手中端FPGA芯片的部分替代,有效填補國產FPGA的市場空白。

可惜,在2016年6月,京微雅格因為資金、結構調整的問題走向了分裂?;故竊諭鹺A圖該顯憊さ募岢趾團χ?,得到了投資方的注資,進行二次創業,成立了京微齊力。除了繼續銷售原有的FPGA芯片,還研發面向人工智能等新興應用的AiPGA芯片、異構計算HPA芯片、嵌入式可編程eFPGA IP核,現在京微齊力逐步走向了正軌。

高云半導體:從技術到市場拓展,步步為營

再看憑借技術起家的高云半導體,似乎比京微雅格走的順利一些。2014年,高云半導體成立于佛山,后搬到廣州,核心研發人員平均從事FPGA軟件、硬件技術開發時間超過15年。其CEO朱璟輝畢業于清華大學,從1996年到2011年在Lattice負責技術研發,經歷了7代FPGA產品開發,獲得了11項美國專利,5項中國專利;其SVP 宋寧曾在Lattice、Cadence擔任過高工,負責高云半導體FPGA全流程軟件開發,對FPGA架構、硬件設計、軟件研發同步開發有獨到經驗。

在產品研發方面,高云半導體2015年量產國內第一塊產業化的55nm工藝400萬門的中密度FPGA芯片,并開放開發軟件下載;2016年第一季度順利推出國內首顆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產品開始批量出貨;2018年,高云宣布研發成功了GW3AT-100,這是國內首款28納米中高密度FPGA,由臺積電代工;2019年,高云宣布推出安全FPGA。

在銷售方面,今年1月,高云半導體宣布累計出貨FPGA器件1000W片;今年3月,高云半導體宣布累計出貨1500萬片,客戶覆蓋工業、車載、通信、家電、消費及IoT等領域,已有70余家客戶實現了大批量生產,應用于300個項目中。今年,高云半導體又相繼簽訂了美國、英國、日本、俄羅斯等海外市場的代理商,向海外進軍。

從產品研發到市場開拓,從國內到國際市場,從低密度產品到高密度產品,高云半導體從主攻技術移步到主攻市場,在FPGA市場的發展可謂步步為營。

紫光同創:高中低端全面布局

紫光同創是紫光集團旗下的子公司,成立于2013年,注冊資金達3億元、總投資達到10億元,主要產品是可編程邏輯器件,擁有Titan、Logos和Compact共3個系列產品。其中Titan PGT30G已量產,采用了完全自主產權的體系結構和主流先進制造工藝,帶有DDR3和PCIe接口,可以達到千萬門級,制程工藝采用了臺灣聯華UMC的40nm制程。

紫光同創的Titan系列高性能FPGA PGT180H擁有2000多萬門規模、6.25Gbps 高速串行接口Serdes,可滿足部分通信設備應用需求,目前已在中興通訊、烽火通信、華三通信等公司實現了量產應用。除了中大規模FPGA器件外,紫光同創還陸續推出了CPLD和小規模FPGA器件,在大、中、小規模產品領域全線出擊,不斷完善產品線。

今年8月,紫光國微擬對全資子公司茂業創芯增資1億元人民幣,以助力茂業創芯對參股子公司深圳市紫光同創增資事項順利實施,紫光同創本次融資的重點發展方向是加速和保障28nm新產品研發,紫光同創28nm產品為Logos-2系列高性價比FPGA,產品規模覆蓋15K~330K邏輯單元 LE,最大規模高達3000多萬門,共有近10款產品,帶有6.6Gbps/12.5Gbps serdes、DDR3、LVDS和MIPI等高速接口,Logos-2系列FPGA定位于通信協處理、人工智能終端、工業與物聯網、高速視頻流媒體處理等中高端市場應用領。

顯然,紫光同創的戰略方向不僅是布局中低端市場,高端應用也要覆蓋,尤其是在中國市場發展人工智能、自動駕駛技術發展迅速,需要高端FPGA來實現加速處理。

上海安路科技:打造芯片、軟件、平臺一體化系統

上海安路科技成立于2011年,先后獲得中信資本、杭州士蘭微集團、深圳創維集團、中國電子信息產業集團華大半導體有限公司和上??萍即匆低蹲視邢薰菊鉸醞蹲?。主要產品包括高性價比的可編程邏輯器件(FPGA)、可編程系統級芯片(SOC)、定制化可編程芯片、及相關軟件設計工具和創新系統解決方案。

在產品上,上海安路科技布局了三個系列:高端PHOENIX(鳳凰)、中端EAGLE(獵鷹)、低端ELF(精靈)。產品在核心架構、軟件算法和系統集成等方面擁有多項技術專利。其中,2016年首創推出的FPGA+DRAM SIP封裝產品,受到LED顯示客戶歡迎,目前在LED顯示控制行業起著引領作用。先進工藝FPGA器件的研發是各家FPGA公司實力的體現,安路科技也研發了采用28nm工藝的高性能大容量FPGA產品Phoenix系列產品PH5-100K將于2019年底推出樣片。

在軟件平臺上,上海安路科技開發的全流程TD軟件系統和硬件芯片完美地結合在一起,提供了用戶從前端綜合到位流生成的完全開發平臺。公司在核心架構、軟件算法和系統集成方面擁有多項技術專利。在產品創新和市場創新中,上海安路科技積累了大量的專利和IP,保障了自身和客戶的合法權益,繞開了國外企業的專利壁壘。

AGM:從編譯軟件滲透到FPGA產業鏈

上海遨格芯微電子(AGM)成立于2012年,由來自美國硅谷的知名可編程邏輯芯片企業的團隊和國內資深工程團隊創辦。與國內其它FPGA公司的發展歷程不同,AGM是以開發自主產權的編譯軟件開始,兼容切入現有FPGA軟件的生態鏈。

2014年,智能手機正在起飛,AGM抓住時機推出了用于智能手機和loT的FPGA芯片,并且通過了三星嚴格的供應商測試認證,成為三星Galaxy手機里除Lattice之外的唯一備選FPGA器件,實現了國內FPGA公司出口零的突破。Intel收購Altera后,Intel對于中低端市場的忽視使AGM贏得了千載難逢的發展機遇,AGM加快蠶食Altera在中低端的FPGA市場份額,到2016年,AGM已經在如LED多彩控制、點鈔機等垂直市場搶占了部分市場份額。

通過對FPGA芯片的快速迭代開發,AGM得以進入整個FPGA生態圈,用微弱的力量在國際巨頭幾乎壟斷的FPGA生態圈里鍥入一個釘子,隨著IP庫的積累和軟件工具的成熟,利用大企業打瞌睡的時間悄悄地擴大了地盤。FPGA的市場難點在于沒有有效的商業模式可以迅速并低成本地擴大和接觸長尾市場,國產FPGA起步的商業模式關鍵則轉為如何迅速切入現存長尾市場中的高量細分。

公司目前已實現55nm、40nm工藝中密度FPGA的量產,并針對性推出了內嵌Flash、SDRAM等集成化方案產品,截至2018年已批量發貨2KK片。通過嚴謹科學的設計,360度圍繞客戶的技術支持及服務,以及貫穿全流程的高標準測試管理,為更多的行業合作伙伴提供最符合需求的高性價比FPGA整體解決方案。

國產FPGA廠商如何突圍?

據MRFR統計2018年全球FPGA市場規模為60億美元左右,隨著AI+5G的應用逐步展開, FPGA市場規模有望在2025年達到125億美元,年復合增長率為10.22%。其中在亞太地區,尤其是在中國,隨著新興基礎建設應用的鋪開,FPGA的復合增長率有望高于其它地區,成為重要的增量市場。

相對中國市場的近1700家IC設計企業,國內FPGA廠家少得可憐,其實并不是FPGA產品利潤微薄,而是技術障礙不可逾越。FPGA產業要想成功需要搭建完整的生態系統,FPGA芯片、EDA工具、IP庫等缺一不可。只有建設完善的生態系統,才能給用戶提供更全面的設計資源,從而突出系統優勢,迅速適應各種市場應用變化。

從投資的角度來看,FPGA產品投資周期很長,一代產品從投入研發到產品量產大約需要七年。一般跨入新行業要做到第三代產品以后才能趕上行業正常水準,按照兩年一代計算,總的投資周期超過10年,創投公司很難等如此長時間而不求任何回報。

雖然國產FPGA市場重重受阻,但是在政策的大力推進下,新的FPGA公司相繼涌現,從京微雅格、紫光國芯,到高云半導體、安路科技、AGM,在研發、設計、生產各個環節都實現了原始技術積累,并推出了高性價比的FPGA產品和高性能的FPGA產品。雖然國產FPGA廠商和賽靈思、英特爾的差距還很大,但是能夠看到這些國產FPGA公司的決心。

中國大力發展FPGA是大勢所趨,國產FPGA廠商在打造中低端產品的同時也要研發高端產品,打造高、中、低端完整的產品線,全方位滿足國內FPGA應用端的需求。從目前的現狀看,國內FPGA廠商芯片、軟件非常分散,用戶每采用一款新的FPGA都需要學習不同的系統平臺,這不僅會加重客戶的負擔,而且會浪費整體資源,FGPA廠商不僅要努力追趕國外巨頭,同時要面對內部競爭壓力,不利于國內FPGA產業鏈的發展。

關于FPGA芯片設計,國內FPGA產業鏈也要“集中精力辦大事”,設計芯片的公司不宜過多,否則會造成資源浪費。只有更多設計公司圍繞國產FPGA芯片展開應用,才能讓國產FPGA產品有機會進行迭代,實現性能升級,縮小與國際巨頭的差距。


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