芯片IC單片機解密百科

十年專注單片機解密

國產FPGA芯片解密取得突破,不再受製於人

日前,在一次軍民融合展會上,中國電科下屬單位展示了完全正向設計的3500萬門級FPGA。隨後,中國電子下屬單位公開宣布成功研發7000萬門級FPGA。在特朗普親自否決傳說中有中資背景,總部在美國的私募基金CanyonBridge收購美國FPGA設計公司萊迪思之後,中國電科和中國電子在FPGA上取得的技術突破非常振奮人心。

雖然這兩款FPGA和賽靈思、阿爾特拉這樣的巨頭差距很大,但從FPGA規模上看,已經超出現有的國產FPGA一大截的水平,對於一些特殊領域來說,已經可以解決部分有無的問題。

FPGA是一種非常重要的芯片


FPGA是現場可編程門陣列,簡單的說就是一個可以在其上編程的芯片,用戶可以在FPGA上編程實現一個特殊的硬件加速算法。目前,這種芯片主要有三個應用方向。

一是用在各自軍用裝備上。一個大型相控陣雷達有幾千個TR組件,幾個TR組件組成一個小的處理單元對信號進行數模轉換和預處理,每個單元就含一個FPGA,用來做數據處理。紅外設備上也需要FPGA,美國國防後勤局就曾采購過賽靈思的FPGA用於監視、偵察和火控係統中紅外傳感器的數據處理。

二是用在通信設備商。比如華為和中興的多種通信設備,通信基站其實就是一個小相控陣,這就必須采用FPGA進行數據處理。現有的通信設備也離不開FPGA,比如前段時間美國製裁中興通訊,FPGA也位列製裁名單之上,而華為和中興所需的FPGA大多依賴於從賽靈思和阿爾特拉等美國公司進口。可以說,如果美國在FPGA上卡中國脖子,中國5G通信網絡建設勢必會受到一定影響。

三是芯片設計公司用來仿真。FPGA有一個稱呼叫做“萬能芯片”,也就是把代碼燒進去,就可以把FPGA變成所需要的芯片。這一特性使FPGA被廣泛用於芯片仿真。什麽意思呢?比如龍芯設計了一款CPU,要拿去流片的話,萬一流片失敗,很可能就是數百萬美元的損失。在這種情況下,那就把代碼燒進FPGA來測試一下,通過這種測試發現問題解決問題,降低流片風險。

也許有人會說,既然是“萬能芯片”,直接買FPGA把代碼燒進去不就得了,何必專門去流片呢?這主要是因為FPGA價格非常貴,像國內IC設計公司從賽靈思采購的FPGA,高端產品要40多萬元人民幣一片,而英特爾普通的CPU(PHI那種例外),一般也就幾百、幾千上萬元人民幣。另外,FPGA燒進代碼後主頻也很低,一般在100MHz左右,作為對比英特爾、AMD 最新CPU的主頻都在4G左右。因此,FPGA更多的被用於仿真,以降低CPU流片的風險。

另外,在醫療領域,FPGA被用於聲波檢測儀、CT掃描儀、核磁共振等設備。而隨著物聯網、汽車電子、機器人、無人駕駛的興起,FPGA可能會獲得更為廣泛的應用。

本次技術突破實現了技術上的飛躍


進入FPGA這個行業的門檻很高。過去十多年時間裏,Intel、IBM、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星等60多家公司曾試圖涉足該領域,除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領域之外,其餘公司紛紛折戟沉沙。國內曾經的領頭羊,京微雅格在承接了核高基項目之後,還是陷入了經營困難,最後人才大量流失到國內其他FPGA公司中。

FPGA之所以這麽難,主要是因為市場容量小,巨額投資收回成本難;行業高度集中,後發者很難和巨頭對抗;賽靈思、阿爾特拉兩家引領者修築專利壁壘,堵塞後進道路;FPGA的特殊性必須拚高端,直接與巨頭拚刺刀,無法走先低價搶占低端市場,再一步一步走向中高端的發展模式。

正是因此,全球FPGA市場基本被美國“2大2小”四家公司壟斷。國內FPGA廠商大多處於比較艱難的發展階段,市場份額很低,同創國芯董事長祝昌華在一次發布會上曾表示:“全球FPGA芯片市場規模大約50億美元左右,其中中國約15億美元。由於行業的技術以及資本門檻比較高,美國廠商占據了壟斷地位,在中國15億美元的市場當中,國產FPGA產品所占市場份額約2%。”

除了市場份額低之外,國內廠商在技術水平上和國外大廠的差距也很大。雖然國內FPGA廠商有百家爭鳴之勢,但基本分布在中低端市場,大多是一些1000萬門級左右的FPGA,少數達到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發的,但大多是逆向工程的產物,或商業收購的結果,比如京微雅閣就依靠美國CSwitch公司開發出具有自主知識產權的Tile架構。

本次中國電科的3500萬門級FPGA和中國電子7000萬門級FPGA,則是非常振奮人心的技術突破。雖然具體參數還有待進一步披露,但在規模上,相對於國內眾多商業公司,已經是一騎絕塵了,已經可以滿足很多領域的使用需要,解決有無問題。比如某新銳戰機上的有源相控陣雷達,就采用了體製內單位設計的自主FPGA。

因此,本次中國電子和中國電科取得技術突破意義非常大,解決特定領域的卡脖子問題,畢竟十幾萬、幾十萬一片的芯片不像英特爾的CPU那樣,民間有大量庫存,何況軍品和民品也有很大差別。一旦發生緊急情況,現有庫存消耗殆盡的情況下,將嚴重影響高精尖武器和信息化裝備的補充。

雖然在很多方麵,自主FPGA已經解決了有無的問題。不過,在商用領域,體製內單位的FPGA還很難替換掉賽靈思和阿爾特拉的產品。畢竟在性能上,國內單位和賽靈思、阿爾特拉的FPGA差距還是非常大的。業內人士很明確的表示,自主FPGA還是頂不上去,目前隻能用美國的FPGA。

結語


一直以來,中國寄希望於從國外收購技術。然而,紫光海外收購或合資的失利已經證明了,這條路走不通。正是因此,紫光最後選擇了從中國台灣、韓國、日本挖人,走自主研發之路。就FPGA來說,實踐也證明,技術引進之路走不通。

即便Canyon Bridge都已經和萊迪思談妥了,但依然遭遇美國外國投資委員會的審查。由於萊迪思也非常願意被Canyon Bridge收購,一再申請放行。隻不過,萊迪思的苦苦哀求遇上了特朗普,特朗普動用總統特權將收購的希望徹底破滅。

本次中國電子和中國電科在FPGA上取得的成績,則充分說明了,自主研發的路是完全能夠走通的。一些專家和領導“技術引進失敗,才選擇自主研發”,“把自主技術當作與國外合資的籌碼,一旦合資立馬把自主技術拋開”的思路和做法是值得反思的。