从紫光同创获奖看本土FPGA发展

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

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。

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。

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。

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。

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。

中国移动展区国产芯片展区 - 「智多晶微电子」

「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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