追赶空间巨大...

FPGA 市场的竞争正在发生变

化，其中最引人瞩目的趋势就是应

用领域不断拓宽，人工智能、大数

据、云计算、智能汽车以及物联网边

缘计算的发展，对 FPGA 的需求大

增，FPGA 的市场格局正在发生转

变。同时，这也为苦苦寻求突破口

的中国FPGA厂商提供了一个难得

的发展机会。在近日召开的“第六

届（2018）中国 FPGA 产业发展论

坛”上，中国半导体行业协会常务副

秘书长宫承和指出，当前 FPGA 领

域存在着行业集中度高、后发者进

入困难等问题。我国正在推进制造

强国和网络强国的建设，如何发展

自主可控的 FPGA 产业，是留给半

导体行业从业者必须面对和思考解

决的问题。

从云端到边缘

AI推动FPGA应用拓展

近年来，FPGA 最引人关注的变

化趋势之一就是应用领域不断拓展。

通信、工控等是 FPGA 传统的应用市

场，然而近年来随着云计算、大数据、

人工智能、物联网等的发展，FPGA开

始向新领域扩展。

微软亚洲研究院异构计算组副

研究员张宸指出：“这些年人工智能

的崛起，依靠的是深度神经网络算

法、大型多层的网络模型，典型的有

循环神经网络和卷积神经网络为代

表。这样的模型一次推断通常需要

数十亿甚至上百亿次的运算，而在

线 服 务 系 统 的 响 应 时 间 在 毫 秒 量

级。这就意味着每秒上万亿次甚至

百万亿次的运算性能，同时对器

件 的 体 积 、功 耗 还 有 一 定 的 约

束。这使得我们期待数据中心的

高性能计算硬件应当具备如下优

势：低延迟、低开销和规模化。在

数据中心，FPGA 相比 GPU 的核心

优势在于低延迟，使用 FPGA 来加

速的话，只需要微秒级的PCIe延迟

（微软现在的 FPGA 作为一块 PCIe

加速卡），对通信密集型任务，FPGA

相比CPU、GPU的优势就更大了。”

时至今日，微软已经在数十万台云

服务器上部署了 FPGA。微软也是

目前在数据中心的FPGA应用上投

入最大的互联网公司。

快速兴起的网络边缘计算对于

FPGA的应用需求也在增加。莱迪

思半导体亚太区资深事业发展经理

陈英仁表示：“受延迟、隐私和带宽

限制的驱动，FPGA 正在被越来越

多布署于物联网系统设备当中，超

低功耗灵活推理的需求亟待满足。”

Semico Research 市场研究公司的

数据显示，使用人工智能的网络边

缘设备数量将呈 110％的复合年增

长率爆发式增长。

高云半导体市场副总裁黄俊将

新兴市场划分为三个部分：首先在

以消费电子为代表的智能终端设备

中，接口越来越丰富，同时又需要保

持小体积和低功耗，这就要求底层

器件可以更灵活地支持接口转换与

胶合逻辑，使得低密度 FPGA 有了

更多用武之地。其次，越来越多的

AI运算开始在边缘计算领域执行，

比如音视频的采集和预处理，它们

需要支持简单或中等复杂度的算法

和 IP，这 又 给 了 中 低 密 度 FPGA

以机会。最后，云端需要支持高速

SerDes，高速FPGA正在成为必需。

概括而言，人工智能、大数据、

云计算、ADAS、物联网、机器人、可

穿戴设备、5G通信设备、网络交换、

工业控制、金融设备、安防监控、视

频驱动、医疗仪器、汽车电子、家用

电器、信息安全等都将是未来 FP-

GA的重要应用市场。2017年，全球

FPGA规模市场约为50亿美元。而

日前高盛发布的报告中预测，未来5

年，FPGA市场规模将达到100亿美

元，到2025年将增长到120亿美元。

从技术到品牌

国产FPGA追赶空间巨大

FPGA 一直是个高度垄断的行

业，赛灵思、英特尔（Altera）、微芯

（Microsemi）和莱迪思几家美国企

业垄断了全球绝大部分市场。尽管

理论上新兴市场的出现给新进入者

带来更多发展机会，但是在实际操

作过程中面临的挑战依旧很大。

“有些新兴市场可望未必可及，

特别是对于高密度、高性能的 FP-

GA而言，不仅硬件设计难度大，中国

企业在硬核IP资源上也滞后，软核IP

储备欠缺，软件性能与国外厂家差距

也很大。”黄俊指出。

京微齐力CEO王海力也认为，从

产品本身的水准来看，中国企业想要

发展起来，还有很长的路要走。“5 年

的时间算少的，多的可能需要 8 到 10

年。”王海力说。

除了技术上的差距之外，品牌认

知上的差距也非常明显。“中兴事件只

是在大环境上给了国内公司一些触

动，使它们认识到供应链管控的重要

性。可是落实到具体产品中的时候，

国内供应商遇到的困难还是很多，客

户对于国内企业的品牌认可度不高，

担心是否可以持续供货等。方方面面

加起来，发展国产 FPGA，压力还是非

常大的。”黄俊表示。

从差异化竞争到自主可控

FPGA 3.0时代需长期努力

那么如何才能实现国产FPGA的

突破呢？黄俊认为，差异化是中国

FPGA企业的必走之路。“国内厂商应

该根据芯片本身的特点以及行业进入

的难度出发，从小处着眼，从低密度

FPGA 产品开始突破，逐渐向中高密

度 FPGA 发展。总之，我们不能简单

复制国外产品，而要仔细研究细分市

场，新产品有什么特殊的需要，然后对

我们产品局部特性进行优化，以适应

用户需求。”黄俊说。

建立自主的产业生态也非常重

要。王海力指出：“国外公司的专利技

术中 50%以上是保护核心架构的专

利。中国企业在发展过程中也应重

视，用户易用、友好、支持面向应用软

IP库以及成熟的EDA工具性能，是产

品落地的重要一环。”

无论是差异化的市场策略，还是

产业生态体系的建立，都是中国 FP-

GA发展过程中的必修课。而建立起

自主可控+自主创新 FPGA 产品体

系，首先体现在具备自主研发可编

程逻辑器件核心架构的能力上，其

次体现在具备自主研发FPGA器件

配套软件工具的能力上，中国 FP-

GA才算真正立足。

根据王海力的观点，中国 FP-

GA产业大致可以划分为四个阶段：

从上世纪90年代到2005年，可以算

做中国FPGA的Pre 1.0时代。那时

的中国 FPGA 产业刚刚起步，只能

以反向设计为主，芯片设计/软件开

发人员只有百余人，没有自己的架

构，工艺落后，没有软件工具和应用

开发人才，只能逐步探索前进。

经过从无到有的积累，从 2006

年到 2016 年，中国 FPGA 产业进入

1.0 时代。中国 FPGA 拥有几百人

的芯片设计、软件开发队伍，有了自

己的架构雏形，使用一般的工艺，拥

用基础的软件工具和基础的应用软

IP，有能力进行正向设计，开始培养

国产FPGA的应用人才。

而现在正处于中国 FPGA发展

2.0 时代，大约会是 2017 年到 2025

年。这是一个从有到好的发展时

期。中国FPGA产业已经拥有上千

名的芯片设计/软件开发人员。经

过努力将有可能形成完备的架构设

计，拥有采用先进工艺的能力，好用

的软件工具，具备一部分行业软 IP

及解决方案，形成完备的正向设计，

开始逐渐建立FPGA应用生态圈，并

形成上千人的国产FPGA开发的应

用人才队伍。

至于3.0时代（2026年2035年）将

是中国FPGA从好到强的发展阶段：

形成数千人的芯片设计/软件开发人

员队伍，采用创新架构设计和最先进

制造工艺，具有领先的软件工具，完

备的行业软IP及解决方案，形成相对

完整的FPGA应用生态圈，国产FP-

GA开发的应用人才达到数万人。

希望中国 FPGA产业能够早日

实现腾飞。

FPGA专辑 52018年7月31日编辑：诸玲珍 电话：010-88559290 E-mail：zhulzh@cena.com.cn

追赶空间巨大 中国FPGA跨入3.0时代尚需10年本报记者 陈炳欣

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高云半导体GW1NS-2 FPFA-SoC

GW1NS-2以ARM Cortex-M3

为内核，具备实现系统功能所需要

的最小内存；内嵌的 FPGA 逻辑模

块单元方便灵活，可实现多种外

设控制功能，能提供出色的计算

功能和异常系统响应中断，具有

高性能、低功耗、管脚数量少、使

用灵活、瞬时启动、低成本、非易

失性、高安全性、封装类型丰富等

特点。

产品能够兼容多种外围器件标

准，可大幅降低用户成本，能够广

泛应用于工业控制、通信、物联网、

伺服驱动、智能家居、安全加密、消

费电子等多个领域，且作为高云半

导体布局 AI 的开端，GW1NS-2 可

在工业图像识别、语音识别等 AI 边

缘计算领域中拓展和应用。

华为云FPGA加速云服务器平台

华为云 FPGA 加速云服务器硬

件平台具有高性能的硬件，单物理

节点集成 8 颗 Xilinx 16nm Virtex

UltraScale+ VU9P FPGA，每颗 FP-

GA含约 250万逻辑单元、约 6800个

DSP，外挂 64G Bytes 2133MHz 的

DDR4，丰富的IP，使得开发更简捷，

上线更快。在提供硬件开发套件

（HDK）和软件开发套件（SDK）的基

础上，华为首次把十多年积累的

FPGA行业开发工具放到云端，为云

上开发者提供专业逻辑设计组件、

仿真平台和系列自动化平台及脚

本，简化云上开发流程，降低用户使

用门槛，实现一键式 FPGA 开发环

境，让FPGA开发更便捷。客户基于

华为云FPGA异构加速平台，可对外

提供加速IP和PaaS服务。

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莱迪思低成本高性能4K60图像桥接方案

4K60 图像桥接方案结合莱迪

思的有线专用芯片和 FPGA，具有

低成本、高性能、高灵活性、高可靠

性、易调试的特点，可支持四选一

的 4K60 HDMI 2.0 输入接口，支持

将 4K60 HDMI 2.0 输入数据转化

成不同的并口输出，或者用户自定

义 Serdes 接口输出；支持采用 Lat-

tice FPGA进行内部图像处理；支持

HDCP2.2。

要实现 4K 显示，意味着使用

HDMI 2.0 需要传输高达 18Gbps 的

图像数据。这就给前端的视频处理

器和后面的显示视频处理器提出了

新需求。从用户评价角度来看，相

容性、可靠性、性价比高，低成本的

莱迪思 4K60 图像桥接方案可实现

高灵活性的设计。

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基于京微齐力C1 FPGA的泰山网络通信处理平台

国内第一台 FPGA 万兆网络处

理平台采用国产CPU-FT1500A、国

产操作系统麒麟 Linux、国产京微齐

力百万门级 C1 FPGA，具有高性

能、高可靠性、高安全性、高可扩展

性等特点，可通过更换功能模块适

应不同应用场景。平台采用业界标

准 的 COM Express 接 口 ，支 持

COM Express的三种应用尺寸及多

种 CPU，可根据应用的不同搭载不

同的扩展模块。基于京微齐力百万

门 级 C1 FPGA 的 T4 扣 卡 ，支 持

PCIe Gen2.0 和 10Gbps 等 高 速 接

口，提供 2 个 2Gb DDR3 SDRAM、

4个千兆以太网接口，可用于自主可

控交换机、高性能路由交换平台、网

络测试仪、自主可控安全网关、有状

态防火墙等。

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京微齐力伏羲Fuxi 2018 及 Fuxi eFPGA creator

京微齐力伏羲 Fuxi 2018 具有

友好易用的图形化用户界面，支持

Verilog 和 VHDL 混合编程，与第三

方工具无缝连接，丰富的 IP 资源，

支持命令行操作界面、IP 的自动识

别、远程下载编程。具有比特流加

密、片上调试功能，有效支持 eFP-

GA IP 的开发（包括生成用户自定

义的逻辑资源、配比的 BRAM 和

DSP资源）。

另外，Fuxi eFPGA creator为定

制 化 的 客 户 提 供 eFPGA IP 的 支

持。eFPGA为人工智能领域的芯片

设计公司，提供了具有差异化的可

灵活编程的技术集成。

用户通过其完整的EDA工具链

与丰富的 IP 资源，可以快速有效地

进行开发，缩短开发周期。

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贸泽电子

贸泽电子（Mouser Electronics）

是半导体和电子元器件授权分销

商，致力于为工程师设计的产品快

速上市提供技术与服务。Mouser网

站一个元器件也可出货，新产品信

息每日更新，可在线搜寻来自全球

超过 700家领导制造商的 2600多万

种产品，其中500多万种产品可以直

接购买。贸泽电子和供应商密切合

作，迅速备货新产品，甚至有些原厂

会等到 Mouser 备货完成，再同步进

行新产品上市宣传，让贸泽电子通

信的订阅者与客户能同时获得新产

品上市信息。

贸泽电子创建“技术与应用”子

网站，提供大量技术的发展、应用的

设计趋势等激发设计工程师灵感与

知识的内容信息。