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目前國內外FPGA分別處于什么水平,發展趨勢是怎么樣的?

2019-04-19 08:59:15 來源:網絡

FPGA 的無限可編程性,使其無可爭議地成為電路設計最佳實踐平臺,尤其在電子產業智能化不斷深入、人工智能逐漸成為很多應用端產品設計的技術路線的大背景下,FPGA 這種靈活而強大的產品在未來將擁有更廣闊的市場空間。這也就是 FPGA 越來越熱門的原因。

 

近十年以來,FPGA的技術沒有根本性進步,目前全球的FPGA市場仍以傳統市場為主,但是行業門檻較高,形成了技術壟斷的局面。可以說,技術壟斷,人才壟斷,資金投入門檻高是目前國內FPGA產業發展的三個主要瓶頸,但是,客觀因素決定國內必須將FPGA產業發展起來。

 

FPGA強大的并行計算能力、高能耗比、靈活的編程等優勢。主要的挑戰來自于低功耗,高能效,如何處理這些問題需要從工藝來著手。

 

未來,物聯網人工智能等新興領域,會推動FPGA產業和技術的發展。

 

穎子

UAES 汽車電子硬件工程師

全球FPGA發展情況

 

從市場規模來看,全球FPGA近幾年基本維持在50億美元左右,應用則以傳統通信市場為主,云計算、IoT等新興市場尚在培育期。

 

Xilinx、Altera、Lattice三家廠商營收始終位于全球前三甲,每年的營收、凈利潤增長以及毛利率都相對穩定。

 

參加此次FPGA邀請賽高峰論壇的深圳市紫光同創電子有限公司營銷中心總經理包朝偉表示,這三家廠商占據絕大部分的市場份額,尤其是Xilinx,長期占據行業龍頭位置,年產值超過23億美元,全球市場份額超過50%,且還在持續增長。

 

技術方面,近十年FPGA沒有根本性的進步,行業壟斷已經形成。

 

Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi等廠商共計擁有超過10000件專利,占總量60%以上,FPGA架構和核心電路、應用方案,基本被這幾家國外廠商專利網覆蓋,后進者發展受到極大限制。

 

資料顯示,Xilinx Virtex UltraScale Plus系列產品,采用16納米先進制程工藝,擁有超過28520萬門,Serdes速率為32.75Gbps ,即將開始量產,在技術上依舊領先競爭對手。

 

 

國內現狀

 

FPGA市場國產化率非常低,政府部門國產應用率不足30%,還有很大提升空間,商用市場國產化率就更低。

 

國內廠商FPGA產品在中國市場的份額總計不足5%,只有紫光同創、安路等廠商在中低密度市場取得了一些成績。

 

不過,由于全球絕大部分FPGA專業人才集中在前幾家龍頭廠商,其它廠商人才匱乏,再加上FPGA開發需要最先進的制造封測工藝、軟件開發難度大、IP多且雜,需要大量應用才能支撐市場,因此中國目前的發展存在嚴重滯后的問題。

 

當然,這也是國內廠商的發展機會。從信息、產業和國防安全等方面考慮,中國不僅需要自主FPGA,而且還需要將其快速國產化。在AI、IoT、5G快速發展和即將商用的情況下,預計將帶來龐大的FPGA增量市場,而這也是國內廠商快速切入的時機。據悉,紫光同創Titan系列FPGA產品采用40納米制程工藝,擁有超過2500萬門,Serdes速率為6.25Gbps,目前已經量產,并在通信、安全等中高密度市場逐步打開局面。

 

當前,在國家大力支持集成電路產業發展的環境下,對于尚不夠強大的中國FPGA企業來說不失為黃金發展時機,如何把握機會快速做大做強將是對每一家企業的考驗。

 

全球FPGA市場發展前景展望

 

通常來說半導體產業是周期性行業,其周期一般為4到5年。但是隨著新技術和應用的快速發展,現今半導體周期越來越短,且每一個周期都有典型應用作為拉動點,比如過去的PC、后來的通信行業。FPGA也明顯符合這種規律。但不同的是,當ASIC和ASSP蕭條的時候,往往迎來FPGA的大發展。2008年以來的金融危機使得半導體行業平均跌幅大于10%,但是市場數據卻顯示FPGA行業依然強勁增長。危機和低迷使ASIC和ASSP制造者為謹慎起見,不敢貿然推出新產品,避免巨大的NRE費用。而FPGA恰好能迎合這一需求。

 

當今,半導體市場格局已成三足鼎立之勢,FPGA,ASIC和ASSP三分天下。市場統計數據表明,FPGA已經逐步侵蝕ASIC和ASSP的傳統市場,并處于快速增長階段。

 

在全球市場中,Xilinx、Altera兩大公司對FPGA的技術與市場仍然占據絕對壟斷地位。兩家公司占有將近90%市場份額,專利達6000余項之多,而且這種壟斷仍在加強。同時,美國政府對我國的FPGA產品與技術出口進行苛刻的審核和禁運,使得國家在航天、航空乃至國家安全領域都受到嚴重制約。因此,研發具有自主知識產權的FPGA技術與產品對打破美國企業和政府結合構成的壟斷,及國家利益意義深遠。

 

作為一種可編程邏輯器件,FPGA在短短二十多年中從電子設計的外圍器件逐漸演變為數字系統的核心。伴隨半導體工藝技術的進步,FPGA器件的設計技術取得了飛躍發展及突破。通過FPGA器件的發展歷程來看,今后仍將朝下以下幾個方向發展:

  •高密度、高速度、寬頻帶、高保密;
 

  •低電壓、低功耗、低成本、低價格;
 

  •IP軟/硬核復用、系統集成;
 

  •動態可重構以及單片集群;
 

  •緊密結合應用需求,多元化發展。

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