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新基建“芯”机遇,国产FPGA厂商如何抓住机会?

发表于 2020-04-21 11:15:02
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图片来源:摄图网


从国家政策多次部署到资本市场资金热捧,近期最受业内关注的概念莫过于“新基建”。中国国际经济交流中心经济研究部副部长刘向东曾表示:“从年内看,新基建的需求潜力巨大,能带动更多的社会投资跟进,预计新基建投融资规模将会达到2万亿元至3万亿元,对经济发展起到关键的支撑作用。”


在这样的热潮下,作为通用集成电路芯片之一的FPGA在新基建布局中也迎来了新的发展机遇。


新基建热潮之下,FPGA迎来增量市场


具体来看,新基建包括特高压、新能源汽车充电桩、5G基站建设、大数据中心、人工智能、工业互联网和城际高速铁路和城市轨道交通等七大领域,其核心在于传统产业的数字化转型,传统基础设施的数字化改造。其中三大运营商全年计划建设55万个基站;信通院预计2020年全国IDC(互联网数据中心)机架数量将增长至326.7万台;前瞻产业研究院预测,2020年我国人工智能市场规模增速将超过45%……


“据数据统计,国产FPGA应用最广泛的是通信市场,占比高达35%。5G的快速发展将带基站数量的激增,也将为通信类市场带来8%的年复合增长率。而在未来5G的部署中,从国家政策层面来看,国产器件得到了更多的重视,也将为国产FPGA的推进提供更大的助力。”高云半导体资深产品市场经理赵生勤举例说道

 

芯师爷制图

(数据来源:观研天下)


在工业领域,借助FPGA应用方案,可以实现定时控制、网络端口等功能,还可以在单一硬件平台上实现支持不同工业以太网协议的交换机,进而支持同一系统内或来自相同以太网端口的不同工业以太网协议。值得一提的是,FPGA在传统工业市场应用主要集中在IO单元控制、工业通讯、人机界面等领域;在工业4.0推动下,FPGA将被用于新的工业通讯协议、传感器融合、工业云计算加速等领域,也就是说新兴的工业对于FPGA需求在不断增大


在数据中心,FPGA相比GPU的优势在于延迟非常低,这是因为FPGA同时拥有流水线并行和数据并行的能力。而对于通信密集任务,从吞吐量上来看,FPGA上的收发器可以接上40Gbps甚至100Gbps的网线,用线速处理任意大小的数据包,而CPU则在处理数据方面存在一些限制(如网卡的限制、交换机价格限制等)。


可以看到,新基建涉及的5G通信、工业互联网及大数据中心等领域将需要大规模的FPGA高性能器件,但国产FPGA在这方面还处于开发阶段,离落地应用还有一段时间。但新基建的这股热潮对于推动原厂、方案商及终端厂商等上下游企业的生态链完善将起到积极作用,大家的相互配合协作会更有利于国产FPGA的快速发展。


汽车电子需求增长,成FPGA新增长点


我们知道,FPGA被称为“万能芯片”,在灵活性上高于专用芯片ASIC,性能和实时处理能力优于CPU,可以通过现场对芯片进行硬件编程来实现不同的电路功能。也正是因为此特性,FPGA所能应用的场景也是多方面的,除了新基建涉及的场景外,汽车电子也同样是FPGA重点发力的市场


高云半导体资深产品市场经理赵生勤表示“汽车电子市场是半导体企业极为关注的一个新兴增长点。截止目前,全球复合增长率已达到10.8%,而亚太区更达到了20% 。


汽车电子对半导体需求的快速增长,也催生了FPGA的大量需求。以当下的高级辅助驾驶为例,目前的FPGA技术在汽车传感器及车载显示中的应用已经很成熟。如国产FPGA知名厂商高云半导体的旗下的两款车规级FPGA产品已经大规模量产,其中基于嵌入式闪存工艺的非易失FPGA小蜜蜂家族和基于SRAM的中密度FPGA晨熙家族产品可以为时下非常热门的ADAS系统、360环视(后视)、中控显示系统、高端行车记录仪、安全监测等应用提供可编程解决方案,同时可以确保芯片满足汽车级的质量标准。


高云半导体FPGA产品

 

当下自动驾驶还处于研发测试阶段,并没有大规模起量,所以主要采用CPU+GPU、FPGA等适合并行计算的通用芯片满足高级辅助驾驶及自动驾驶的深度学习、视觉融合等人工智能计算需求。短期来看,定制芯片ASIC存在高投入和高风险的劣势,而在自动驾驶大规模应用之前,具备可重构特性FPGA芯片将成为高级辅助驾驶计算应用的不二之选

 

图片来源:摄图网

 

详细来看,自动驾驶技术对于半导体硬件成本、体积重量、功耗、算力及车规标准都有很苛刻的要求,如需要硬件具有足够的算力,保证行驶过程中采集信息的冗余;车规方面,如需要超宽的温度范围,一般在-40C°~+125°。而这些需求,FPGA都能够最大程度满足,同时它还具有以下优


1、技术成熟、可靠,产品已被大量应用;FPGA已广泛被用于军工、航天、通信等领域,如国内知名FPGA厂商高云半导体的车规级FPGA产品已将被全球多家知名汽车制造商采用。


2、灵活性强,可随时修改芯片的逻辑功能,有利于算法迭代;自动驾驶技术并不成熟,未来几年必然需要不断迭代升级,而FPGA恰好可以满足这种需求。


庞大的FPGA市场下,国产厂商如何发力?


据中国产业信息网统计,2019年全球FPGA市场规模约69.1亿美元,随着5G通信、大数据中心、人工智能、自动驾驶等新兴技术发展加速,预计2022年FPGA市场规模将突破90亿美元,年复合增长率超10%。其中,2019年中国FPGA市场规模约为187.5亿元,预计2022年将突破300亿元,年复合增长率超过25%。也就是说,在未来3-5年,中国将有庞大的FPGA增量市场,这也是国产FPGA厂商快速切入的时机

 

芯师爷制图

(数据来源:中国产业信息网)


由于FPGA技术壁垒比较高,美国厂商占据了垄断地位,在中国FPGA市场中,早已形成Xilinx和Altera双寡头的局面,两者市场占比高达52%和28%,从工艺节点、器件成熟度、产品覆盖及知识产权等方面,国产FPGA厂商面临着不小的挑战。


“本身起步就比国外晚了几十年,而且FPGA是个高门槛的行业,设计人才的空缺也很大,必须承认这种客观的差距,才能有一种正确的心态,稳扎稳打的前进。但值得一提的是,同级别的FPGA产品,国产器件已经可以追平甚至超越国外器”一位业内人士接受芯师爷采访时表示。


如何才能稳扎稳打呢?高云半导体资深产品市场经理赵生勤表示:“高云正是从中低密度产品起步,稳步迈进到高密度高性能器件的。公司产品的主要布局有两个方向,一是从中低密度到高密度到更大规模并集成处理器内核的SOC-FPGA的发展方向,比如在研的130k器件,它拥有丰富的逻辑、DSP资源,提供8路的12.5Gbps 高速serdes,在5G通信、人工智能、自动驾驶、安防监控、视频广播等领域都能得到很好的应用;另一方面,公司也一直致力于中低密度产品的持续耕耘,保持产品的不断迭代。在现有小蜜蜂和晨熙家族产品的基础上,持续优化和提升,年内将陆续推出小蜜蜂2代、晨熙2代产品,覆盖更广的应用场景。通过这两条路线,公司将逐步实现低中高密度的产品全面覆盖,满足更多的市场应用需求,打破国外FPGA厂家的垄断,助力实现国产FPGA产业的快速发展。”


近年来,受惠于下游巨大需求的带动,加上国家政策的大力支持,国内FPGA产业链正在逐步完善。“最大的改变就是国内客户开始逐步接受国产器件,对器件的接纳程度大幅提高。”有业者反馈表示。


可以看到的是,国内有庞大的增量市场和应用前景,国内企业也开始逐渐接受国产器件,对于国产FPGA厂商来说,该如何抓住国内新的增量市场呢?


高云半导体资深产品市场经理赵生勤认为,主要可以从以下几个方面入手:第一,本土厂商需以产品品质为基石,始终秉承品质为根本的方针;第二,国内产业链需要抱团发展,只有生态系统的完善搭配行业方案,才能最大程度缩短客户开发周期;第三,FPGA不仅仅是一个芯片,还给客户提供更多的附加值,在生态系统方面下功夫,提供全面的技术支持服务。


写在最后


新基建步伐加速,势必将会促进5G、人工智能、大数据中心等领域迎来新一轮的科技革命和产业革命。同时,基于自主可控的要求,新基建有望引导国产FPGA产业进入新一轮发展周期。


在这样的局势下,2020年国产替代依旧会成为发展主线,国产FPGA的产业链将更加完善,实现替代的FPGA产品也将有望从中低端市场走向高端,塑造新的国际竞争优势。


本文由芯师爷原创,仅供交流学习之用。如有任何疑问,敬请与我们联系info@gsi24.com。

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