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发展自主FPGA 助力国家强基战略
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来源: 中国工业评论 作者: 发布时间:2017/2/14评论:0+收藏文章
       发展自主FPGA刻不容缓
 
       FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)是赛灵思(Xilinx)公司创始人Ross Freeman在20世纪80年代发明的专利,也是第三次工业革命时期半导体领域出现的新事物。FPGA包含三大部分:CPU,存储器,以及逻辑芯片。在半导体技术领域,FPGA技术别具特点,很多技术日新月异,领头厂商不断变化。但是,在FPGA领域,今天独占鳌头的几家企业还是数十年前领头的几家企业。在这几十年里,不下70家企业尝试进入到这个领域,其中不乏半导体巨头企业,但是它们最终退出了。这说明,FPGA的技术门槛非常高。
 
       从FPGA的结构来看,它的基本单元很简单,包括查找表、寄存器、布线、输入输出I/O等。在其发展过程中,逐渐地加入了储存器、锁相环、信号处理单元、高速串并转换、微处理器等,因此,今天的每一个FPGA都成为了一个系统的器件。由此也可以了解,如果有公司成功开发出一款FPGA芯片,可以判断,集成电路的设计技术、论证技术大部分都已经被这个企业的研发团队掌握了。
 
       还不仅如此。在给客户提供一个FPGA产品的同时,FPGA芯片供应商还要给客户提供一套相关的开发工具,这就涉及计算机辅助设计的领域。在这个领域,也是由三家公司垄断。如果我们能有一套从前端综合到后端布局布线再到仿真成功的工具链推出,也意味着把大部分FPGA领域的技术包括在内了。开发出一款FPGA芯片,就说明抢占了集成电路领域设计的制高点。
 
       FPGA有着很广泛的应用。从销售的角度来说,通信、工业、军事、航空、消费等都有应用,涉及网络通信、芯片设计、大数据等领域。从数据来看,虽然中国有很多FPGA设计企业,但国产FPGA的市场小于1%,美国公司占了99%的销量。
 
       因此,发展自主FPGA,对中国企业来说是绕不过的弯。而且,它一直也是技术的创新热点,发展FPGA刻不容缓。
 
       强基战略及FPGA的机会
 
       在硅谷2016年新成立的初创企业当中,50%涉及FPGA项目。很多巨头,如微软、苹果、谷歌、亚马逊,也在花巨资投入FPGA。英特尔在不久前花费167亿美元收购领先FPGA厂商Altera,也能够说明未来FPGA在热点应用中的地位。
 
       那么在工业强基战略中,FPGA扮演什么样的角色?主要是芯片的乘数效应。如果今天有一位工程师想做一个电子系统,选择芯片的时候会有哪些选择?一个是采用专用芯片即ASIC,选用这种方案设计周期少则一年,多则两年才能做出一个产品来。这样的高门槛对很多希望创新、希望做系统芯片的企业是一个很大的障碍。另一个选择,是到网站花上约100美元买一个初期开发板。或者到广东高云半导体科技股份有限公司(下称高云)的网站,把高云的软件免费下载下来直接进行设计。这几种方案,对企业的产品开发周期影响巨大。很多有志于创业、有新思想的设计师选择用FPGA,因为可以很快地实现创新。
 
       高云的FPGA是一个平台,软件工具链就相当于笔和墨,客户在这个平台上做出来的东西,就是知识产权。客户成功了,高云就成功了,高云的成功,背后将是一大批企业的成功,这就是乘数效应。
 
       国家对自主FPGA也非常重视。实际上,在“十一五”、“十二五”期间,国家也花费了不少资金投入其中,但由于种种原因,到目前为止还是无法支撑中国FPGA产业化。现在也是FPGA的一个发展良机。从市场应用情况看,当前,FPGA产品应用面拓宽,基本涵盖了现在的所有热点:5G无线通信、数据中心、工业控制、汽车ADAS、安全与消费领域等。因为FPGA是可编程的器件,在热点技术当中,总有FPGA的身影。特别是在工业控制、《中国制造2025》及消费领域,潜在需求即将爆发。原因在于,经济发展及强基战略对芯片安全、国产化需求提升,国际巨头激烈竞争、产业调整给自主FPGA带来机会和人才溢出,国内FPGA厂商竞争也带来行业进步及人才培养和流动,同时国际专利时效及规避期到来。从这些角度看,高云选择在这个时间窗口切入这个领域很关键。
 
       高云的布局和产品策略
 
       目前高云聚集了FPGA的各类人才,且各类人才能够互补且各有优势。美国硅谷研发中心有着对前沿技术的掌控力,负责产品的定义;上海研发中心负责硬件研发主体,形成从产品定义开发支持到售后服务全梯队支持;济南研发中心形成软件研发主体,以及高云软硬件家族系列后续产品研发主力;深圳中心负责市场销售,由熟悉FPGA市场的原国际大厂销售、市场精英担纲。团队组成人员是一流的,他们软硬件同步开发,拥有自主知识产权,是国内真正从事FPGA设计的标杆。销售及市场人才,对项目开发管理、基本流程管控、质量控制等都有很深的积累。这都有利于国产FPGA的前进与发展。
 
       2016年,高云完成全面布局中低密度产品,其中包括1万~100万门非易失产品系列,采用台积电55nm嵌入式Flash工艺,产品直接竞争Altera MAX V/10和Lattice XO2/3;100万门~500万门易失性FPGA产品,采用台积电55nm基于SRAM工艺,与Xilinx Spartan及Altera Cyclone系列同台竞技。这些产品应用全面覆盖视频、工业控制和消费以及安全领域,希望做实做强中国的FPGA,从根本上提升国产FPGA软硬件在客户中的影响力。
 
       2017年第一季度,高云基本上可以实现在中低端应用领域全部覆盖,并逐步渗透到机器学习、物联网等领域。应用的效果需要在一段时间后才会显现出来,但是高云有信心。因为高云的产品质量要求是比国外同类产品更强。
 
       未来高云将把研发逐步从中低密度向中高密度迈进。28nm是一个非常好的切入点,高云计划推出500万~2000万逻辑门、带高速接口的产品,进入通信、大数据高速运算等涉及到国家安全亟须的关键应用领域。至2017年一季度末,将实现3年3个系列8颗芯片小批量量产;同时,完成28nm中高密度全系列构架和模块初步设计,进入模块优化和产品集成阶段。继续进行自主知识产权的全流程开发、软件工具研发,以及综合工具逐步自主开发。
 
       专利与知识产权方面,高云自主研发的软硬件目前已申请国内专利22项,其中发明专利12项,3项已进入实质审查阶段,授权使用新型专利2项,已申请国外发明专利2项,登记软件著作权8项。
 
       民营企业的体会与建议
 
       对一家投身于半导体技术领域的民营企业而言,常常面临着资金、人才、技术等方面的壁垒,对此,高云亦深有体会,对政策、人才也极为渴求。
 
       对民营企业来说,首先政策指引十分重要。高云进入FPGA领域的缘起,也是因为高云董事长陈天成在国家政策的号召之下毅然决然地进入这个领域。由于FPGA领域非常专业,如何让投资人理解并投入到这个领域的开发中来确实不是一件易事。正是政策的号召力,令陈天成力排众议,决定做这个项目希望切实为国家做一些事情。
 
       其次,要有一支优秀的国际队伍。人才是公司创新生命力的保证。高云聚集了一批优秀的国际人才。为了吸引到人才,高云建立了持续的内外人才引进制度和持续创新机制,为人才的才能发挥建立良好的环境。通过股权等方式推动高云的持续创新,提升产品竞争力。对于高科技企业来讲,人才一直都是最宝贵的财富。没有人才,没有新产品的持续推出,这个高科技企业的价值也就消失殆尽。
 
       最后,要建立切实可行的自主FPGA研发中长期目标,夯实基础。FPGA产业需要引导各类国家基金进入,将自主FPGA做大做强。建立切实可行的FPGA芯片产业联盟,产学研协同开发,实现一揽子突破,带动国内学术深入及人才培养;组织产业链上下游从FPGA芯片设计、制造、封装、测试到系统应用协同开发,实现一条龙计划。大力支持企业中低密度FPGA产品做实打好软硬件基础,推动全面产业化。做好上述几点,中国FPGA企业将会获得更广泛的生机。
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