技术新闻 09-04
随着5G、AI等技术的提升，全球FPGA市场规模稳步增长，2020年全球FPGA销售额已超过60亿美元，Frost&Sullivan预计，全球FPGA市场规模将从2021年的68.6亿美元增长至2025年的125.8亿美元，年均复合增长率约为16.4%。这个高速增长的市场不断吸引新的玩家加入，让原本平静的市场波澜再起。
近日，瑞萨电子就宣布杀入低成本FPGA市场，这可能将和本土FPGA厂商形成了面对面的竞争。另外据笔者了解，仅仅在2021年就有至少三家本土新创企业宣布进入FPGA市场，本土FPGA企业数量增长到15家以上，未来的竞争将呈现白热化。本土FPGA该如何突破？近日，易灵思总经理郭晶接受了电子创新网的采访，有着丰富FPGA开发和运营经验的他分享了自己的洞见。
“在所有的芯片领域里面，FPGA的产品研发难度是与GPU，CPU不相伯仲的，因为可编程的芯片在半导体架构上就比专用芯片要复杂得多，还需要自行开发软件工具来配合，而且使用场景最为广泛，对产品的一致性和可靠性的要求也最为严苛。这就需要汇聚芯片设计、软件设计、制程、测试、验证等多方面的专家、同时彼此有高度默契，才能出产品。而在销售前后，还都需要大量的FAE和AE来做技术支持。这代表FPGA是一个高投入，因此需要高利润才能持续的产业。”谈到FPGA，他指出，“但全球的FPGA的格局早在十多年前就已经进入了稳定的经济平衡局面：头部两个玩家占据了70-80%的市场份额，剩下的份额由第三第四名在低端或细分市场瓜分。新进入者，如果在技术上没有绝对的优势，在产品成本与质量上就绝对不可能有所超越，也就因此以昙花一现告终。易灵思敢于激流勇进，就是因为我们有颠覆性的技术革新，在同等容量与性能下，有着无以伦比的功耗与成本优势。而这些颠覆性的优势，既突破了FPGA自身的研发与经济效益瓶颈，也因此在应用领域，将很多以前的不可能变为现实。对于这一点，相信在热成像领域的专家们，就深有体会。高性能+低功耗，将继续是我们深耕的方向。”
易灵思的FPGA涵盖40nm的Trion以及16nm的钛金两个系列。Trion系列的逻辑容量范围是4K到120KLE，带有1.5G MIPI CSI和 DDR3@1066Mbps 硬核PHY与控制器接口。在低功耗小尺寸的应用上尤为适合，目前已经在工业及热成像相机、工控、显示等领域获得众多头部客户的采用，并广受好评。此外，还有两款型号符合车规AECQ-100。钛金系列是绝对领先的国产FPGA产品，逻辑容量达到1M LE，性能提升了3倍以上，到400Mhz-500Mhz；功耗与尺寸都只是Trion系列的1/3；在接口方面，支持1.5G&2.5G 的MIPI CSI&DSI，2666Mbps的LPDDR4的硬核PHY与控制器，1.5Gbps的LVDS，以及16G SERDES。这些特点都是特别符合超低功耗、超小尺寸，却要高算力的各种边缘或移动终端的设计要求。这些低功耗、小尺寸、大容量、高性能的产品优势，主要是来自逻辑与布线资源可互换的巧妙设计，而这个就是易灵思的创新架构：Quantum®。
我们都知道，FPGA从诞生到现在已经经历近40年的发展，在这40年中，全球有60多家公司先后斥资数十亿美元，前赴后继地尝试登顶FPGA高地，其中不乏英特尔、IBM、德州仪器、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星这样的行业巨鳄，但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司：Xilinx（赛灵思）、Altera、Lattice（莱迪思）和Microsemi(美高森美)，所以在FPGA领域，有了创新的架构还要让客户易用才有市场，郭晶表示创新的硬件架构突破是需要软件工具去辅助的，“我们认为这点是我们技术突破的必要部分，而不应该成为用户的负担的。因此我们的用户除了在例化专有模块上做些代码转换，以及在单板上做管脚调整以外，并不需要其他额外工作。”他强调，“我觉得中国市场的芯片本土化，除了解决供应问题外，还应该与用户在应用创新上深度合作，携手同行。中国现在可以说是全民创新的时代，很多商业模式与应用已经从跟随者变为全球领跑者。各种创新彼此激发，已形成裂变井喷之势。易灵思必须在芯片硬件与EDA软件开发以外，加速招募系统应用级的研发人员。现在人才市场抢夺激烈，因此我们同时在深圳、杭州、成都，并香港与马来西亚，扩充芯片与封装、IP与系统方案、AI加速与嵌入式、并EDA工具的研发团队。如果有对上述感兴趣的读者，欢迎与我们联系。”
他指出现在FPGA的应用领域正在快速融合，边界越来越模糊。易灵思的FPGA产品特别适合机器视觉、成像与显示、人工智能、并运动控制等技术应用，也因此会在这些相关应用领域深耕，比如汽车、机器人、工控、医疗、显示设备等。要适应这样的趋势就要实现全球布局，发挥每个地区的优势，目前易灵思总部位于深圳前海，另外在杭州、成都、香港、马来西亚都设有研发分部，涵盖芯片与封装、IP与系统方案、AI加速与嵌入式。
2020年，易灵思FPGA开始量产，由于其产品定义满足了目前工业、显示、视觉的需要因此，产品一推出就受到用户的欢迎，郭晶透露2021年，易灵思的销售额会超过850万美元，增长率超过300%！
基于这样的成功，他表示未来在技术上易灵思会继续以中国本土应用为核心驱动力，去扩充技术专利，规划新产品。工艺上，会考虑在国内的28nm或者14nm制程上开发产品，以丰富产品的供应。另外在协助用户在AI上的开发，以及用户产品的推广上，易灵思也在规划中，相信不久就会公布。
针对目前产业普遍关注的缺芯问题，他表示目前芯片短缺的直接原因是来自产能与原材料供应的限制，在这种卖方市场情况下，作为代工厂，一定是偏向利润高的产品订单。制造芯片所需的材料，比如晶圆，做55nm是大概2-3千美元一块，而16nm可以卖到5-6千美元一块。为了销售额与利润最大化，一个代工厂必然是将各种资源优先投入到相对先进且稳定的工艺制程上。“我认为，在这一两年的时间里，中芯国际的主打工艺一定是40nm，台积电主打工艺一定是16nm。其他工艺，要么因为老旧，要么冷门，要么还不够成熟，收益率都未必理想。而事实上，现在缺货最严重的也都是上述两种工艺以外的芯片产品。我们的Trion和钛金产品，恰巧就是采用的这两种工艺制程。并且，易灵思是唯一的采用通用晶体管工艺的FPGA公司，相比其他定制晶体管的FPGA，代工厂更能保障我们的产能。至于缺芯的问题何时缓解，我们跟代工厂交流下来，得到的信息是至少到2023年。”他指出。
最新的调研数据显示，半导体景气将持续到2026年，所以，可能某些领域的缺芯将成为常态，为了避免自己的芯片陷入缺芯潮，就要分析如何去降低风险，笔者认为郭晶的分析给本土IC公司提供了一些有益的启示，大家说呢？
