FPGA市場快速增長，國產(chǎn)化之路該怎么走？

全球半導(dǎo)體市場格局已成三足鼎立之勢，ASIC (Application Specific Integrated Circuits,專用集成電路)、ASSP(Application Specific Standard Parts，特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品)、FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)三分天下。相較于ASIC和ASSP巨大的市場容量而言，F(xiàn)PGA還只是一個小眾市場。但是市場統(tǒng)計研究數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)PGA已經(jīng)逐步侵蝕ASIC和ASSP的傳統(tǒng)市場，并處于快速增長階段?，F(xiàn)階段FPGA的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，從汽車、廣播、計算機(jī)和存儲、消費(fèi)類、工業(yè)、醫(yī)療、軍事、測試測量、無線和固網(wǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域正向各行各業(yè)滲透。

國外FPGA發(fā)展之路

20世紀(jì)80年代是FPGA/PLD興起的年代，Xilinx、Altera(2015年被Intel收購)、Lattice、Actel(2010年10月被Microsemi收購)、Quick Logic等純FABLESS設(shè)計公司都是在此年代成立的，同時相當(dāng)多的IDM公司也開始進(jìn)入FPGA/PLD領(lǐng)域，到20世紀(jì)90年代，約有50家公司從事FPGA/PLD研究。20世紀(jì)未FPGA市場經(jīng)過一番激烈整合，許多業(yè)者不是退出PLD市場，就是出售其PLD業(yè)務(wù)部門，或?qū)LD業(yè)務(wù)部門分立成獨(dú)立公司，或進(jìn)行購并等，如Intel、Philips、Agere Systems都出售其PLD部門;AMD將PLD部門剝離出去成立Vantis;GateFiel公司被收購;進(jìn)入21世紀(jì)，在國外目前剩下不到10家，除Xilinx和Intel PSG(原Altera)兩家持續(xù)不斷地軍備競賽，其它的都有著各自固守的市場定位。盡管競爭激烈，但FPGA領(lǐng)域依然有新興業(yè)者出現(xiàn)，如受英特爾新工藝支持的Achronix Semiconductor以及MathStar等。不過新興公司都是直奔高端應(yīng)用而去。

除了單純數(shù)字邏輯性質(zhì)的可程序邏輯裝置外，混訊、模擬性質(zhì)的可程序邏輯裝置也展露頭角，例如Cypress Semiconductor的PSoC(Programmable System-on-Chip)即具有可組態(tài)性的混訊電路，或如Microsemi公司也提出可程序化的混訊芯片F(xiàn)usion，或者Quick Logic研發(fā)的CSSP(Customer Specific Standard Product)，或者也有業(yè)者提出所謂的現(xiàn)場可程序化模擬數(shù)組(Field Programmable Analog Array;FPAA)等，相信這些都能為可程序化芯片帶來更多的發(fā)展動能。

根據(jù)器件發(fā)展歷程以及市場應(yīng)用需求發(fā)展趨勢，F(xiàn)PGA今后仍然主要朝以下幾大方向發(fā)展：第一，高密度、高速度、寬頻帶、高保密;第二，低電壓、低功耗;第三，低成本、低價格;第四，IP核復(fù)用、系統(tǒng)集成;第五，動態(tài)可重構(gòu)及單片集群。這些發(fā)展方向并不相互排斥，從Xilinx和Altera最新發(fā)布的器件來看，他們已經(jīng)結(jié)合幾種發(fā)展方向上的特點(diǎn)，形成功能性能更強(qiáng)大的產(chǎn)品。

發(fā)展國產(chǎn)FPGA的背景

由于全球四家頂級FPGA公司Xilinx、Intel PSG(原Altera)、Microsemi(原Actel)、Lattice全部是美國公司，美國政府對我國的FPGA產(chǎn)品與技術(shù)出口進(jìn)行苛刻的審核和禁運(yùn)，使得我國在航天、航空乃至國家安全領(lǐng)域都受到嚴(yán)重制約。盡管多年來我國政府投入了數(shù)百億科研經(jīng)費(fèi)，通過逆向工程方式仿制美國禁運(yùn)的FPGA產(chǎn)品。但由于知識產(chǎn)權(quán)、生產(chǎn)工藝和軟件技術(shù)諸多方面的限制，仿制品種有限，技術(shù)無法突破，難以滿足國家安全的需要。隨著國際形勢的變化，通過走私進(jìn)口禁運(yùn)產(chǎn)品的渠道可能被切斷，進(jìn)口的關(guān)鍵芯片也可能被人為地嵌入后門通道或定時炸彈等模塊，嚴(yán)重危及國家安全。因此，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的FPGA技術(shù)與產(chǎn)品對于打破美國企業(yè)和美國政府結(jié)合的壟斷意義深遠(yuǎn)。

特別是近年來針對工業(yè)、國防、航空、通信和醫(yī)療系統(tǒng)的攻擊事件不斷增加，航天、軍工、工業(yè)控制和醫(yī)療等部門，均十分關(guān)注信息的安全性，因此電子器件產(chǎn)品的安全性也就越來越多地受到企業(yè)的重視，它們需要更能保障設(shè)計、數(shù)據(jù)安全的FPGA器件。由于電子系統(tǒng)內(nèi)的安全性和防篡改防護(hù)正受到越來越多的重視，因此高安全性FPGA解決方案的市場需求在不斷提升，已經(jīng)逐漸成長為一個相對特殊但增長快速的市場。

中國公司要在FPGA領(lǐng)域取得進(jìn)步，需用新產(chǎn)品、新技術(shù)帶給客戶更多的價值。因此，中國FPGA企業(yè)在技術(shù)實(shí)力與全面市場開拓能力尚弱之際，以點(diǎn)帶面、找準(zhǔn)定位，從特殊應(yīng)用領(lǐng)域入手，尋求合適發(fā)展的市場作為切入點(diǎn)，形成中國FPGA的核心競爭力，也不失為一個發(fā)展國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的有效途徑。

中國擁有超過60億元的FPGA市場。十二五期間，中國的可編程器件市場保持年均30%以上的增長速度。中國電子產(chǎn)品市場要求敏捷快速的研發(fā)周期和少量多樣的產(chǎn)品形態(tài)，最適合FPGA應(yīng)用。

我國的一些重要研究部門急需也長期需要高可靠FPGA用于國家安全和重點(diǎn)應(yīng)用，比如航天航空、信息安全等。這個市場足夠大，足夠支撐FPGA研發(fā)。

國產(chǎn)化之路，產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境是關(guān)鍵

高可靠性市場需求正為中國國產(chǎn)FPGA提供了這樣一個相對有利的發(fā)展空間。對于尚不夠強(qiáng)大的中國FPGA企業(yè)來說，如能把握住這個市場，不失為一條差異化的發(fā)展路徑。

既然有了足夠的市場，那么我們就不要去討論市場的問題，而是要建立生態(tài)環(huán)境的問題。

1、制造工藝技術(shù)

目前主流的FPGA廠商Xilinx、Intel PSG(原Altera)都與Foundry公司建立了緊密的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，Xilinx和UMC、東芝、三星都有合作，而Intel PSG(原Altera)與全球最大的代工商TSMC緊密捆綁，其技術(shù)緊跟工藝發(fā)展。國內(nèi)目前的代工公司中芯國際、華虹宏力要肩負(fù)起重任，與國內(nèi)FPGA公司一起在工藝技術(shù)上緊密合作。

2、EDA軟件支持

通過高性能的EDA工具可以充分開發(fā)出FPGA芯片的產(chǎn)能。完善的生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給用戶更全面的設(shè)計資源，從而突出系統(tǒng)優(yōu)勢，迅速適應(yīng)各種市場應(yīng)用變化，快速搶占市場高地。

Xilinx、Intel PSG(原Altera)兩大主流FPGA公司都和EDA設(shè)計公司合作緊密，只要有FPGA新品面世，EDA設(shè)計公司就可以進(jìn)行支持。而國內(nèi)目前的EDA公司本身的技術(shù)能力有待加強(qiáng)，與FPGA公司的合作有待完善。目前國內(nèi)的FPGA公司除了要做產(chǎn)品外，還要開發(fā)相應(yīng)的配套軟件，各家公司的軟件無法兼容，這無形中加大了研發(fā)成本。

3、應(yīng)用開發(fā)支持

FPGA不是終端產(chǎn)品，其本身是一張白紙，需要由應(yīng)用方案設(shè)計人員在上面勾畫出美景。如果一個FPGA產(chǎn)品沒有好的應(yīng)用支持團(tuán)隊(duì)開發(fā)各類應(yīng)用或參考設(shè)計，產(chǎn)品也很難在市場上有所表現(xiàn)。

結(jié)語

高端產(chǎn)品有Xilinx和Intel PSG(原Altera)雙雄把守，特殊應(yīng)用市場有Microsemi(原Actel)、Lattice死死防守，加上四家共有的9000項(xiàng)專利，已很大程度上阻礙了后者加入。

國內(nèi)技術(shù)和工藝確實(shí)暫時跟不上國外最先進(jìn)的水平，但我們只要能夠達(dá)到Xilinx、Intel PSG(原Altera)公司5--10年前的水平，也可以滿足相當(dāng)多的使用需求。FPGA國產(chǎn)化的主要瓶頸：專業(yè)人才缺、產(chǎn)業(yè)周期長、技術(shù)門檻高、投入資金大。

國產(chǎn)化FPGA戰(zhàn)略必須上升到國家層面才有可能實(shí)現(xiàn)大的突破，沒有國家的支持企業(yè)很難承受巨大的研發(fā)投入。希望FPGA國產(chǎn)化之路將越走越順暢。