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我國FPGA企業(yè)該如何抓住新基建帶來的發(fā)展機遇?

電子工程師 ? 來源:中國電子報 ? 作者:張心怡 ? 2020-12-28 09:20 ? 次閱讀
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新基建是數(shù)字技術的基礎設施,具有發(fā)展速度快、技術含量高等特點,隨著新技術新應用層出不窮,其對計算、架構、協(xié)議、接口的動態(tài)更新提出了新的需求,因此,對底層芯片提出了新的考驗。FPGA具有軟硬件可編程、接口靈活、高性能等優(yōu)勢,能夠滿足高新技術對于計算和連接的需求。那么,新基建將為FPGA帶來哪些市場增量?又將提出怎樣的技術挑戰(zhàn)?我國FPGA企業(yè)該如何抓住新基建帶來的發(fā)展機遇?

新基建將大幅拉動FPGA新需求

新基建是以技術創(chuàng)新和信息網(wǎng)絡為基礎,來推動基礎設施體系的數(shù)字轉型、智能升級以及融合創(chuàng)新等。在原型設計、協(xié)議升級、數(shù)據(jù)處理、降低功耗等方面,F(xiàn)PGA都將發(fā)揮不可替代的優(yōu)勢。

“在新基建巨大的投資拉動效應下,F(xiàn)PGA用量勢必會迎來大幅度提升。在技術創(chuàng)新方面,靈活可編程的FPGA被公認為原型設計和新產(chǎn)品開發(fā)的關鍵器件,非常契合5G、人工智能、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興應用場景。而特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車等場景,普遍面臨著連接和數(shù)字化轉型挑戰(zhàn),對于運算效率、數(shù)據(jù)安全性、時延等性能要求更高。FPGA憑借強大的并行計算能力,能夠滿足多樣化及邊緣化數(shù)據(jù)處理的需求?!弊瞎馔瑒?chuàng)市場總監(jiān)呂喆向《中國電子報》記者指出。

工信部最新統(tǒng)計顯示,我國5G基站以每周新增1萬多個的速度在增長,預計今年年底,我國5G基站的建設將超過60萬個。而通信行業(yè)正是國產(chǎn)FPGA最主要的應用場景,占比高達35%。5G基站的激增,將帶動FPGA用量的快速提升。

呂喆表示,5G基站主要從三個方面為FPGA帶來市場增量。一是5G商用初期,各設備廠家為了搶占產(chǎn)品和技術的制高點,在標準還未凍結之前就推出原型樣機或小批量生產(chǎn),這只有通過可靈活編程的FPGA才能實現(xiàn)。二是在5G網(wǎng)絡的很多應用場景中,F(xiàn)PGA是不可替代的。比如,5G通信的MIMO天線陣列和波束成形技術的出現(xiàn),需要大量信號并行處理,F(xiàn)PGA是解決這類需求的最理想的解決方案。三是5G時代在宏基站的基礎上,也可能會出現(xiàn)更多形態(tài)的微基站,推動形成了FPGA的增量市場。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關場景對FPGA的需求也在日益提升。據(jù)賽迪顧問預測,2022年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到9146.5億美元。FPGA的高吞吐和靈活性,將在工業(yè)通信協(xié)議、傳感器融合、工業(yè)云計算加速等領域發(fā)揮作用。

“未來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將把當前工業(yè)網(wǎng)絡中存在的數(shù)百種不同協(xié)議統(tǒng)一起來,實現(xiàn)互聯(lián)互通,在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的靈活性和硬實時性要求的逐漸演進過程中,非常適合用FPGA來做核心控制器件,以實現(xiàn)控制通信協(xié)議轉換、接口控制、傳感器數(shù)據(jù)融合?!卑猜房萍几笨偛藐惱庀颉吨袊娮訄蟆繁硎?。

數(shù)據(jù)中心、人工智能等高性能計算領域,也是FPGA的重要市場。目前,全球數(shù)據(jù)中心對加速器的市場需求超過百億美元。市場調研公司Semico Research預測,人工智能應用中FPGA的市場規(guī)模將在2019—2023年增長3倍,達到52億美元。

“人工智能、云計算、區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)中心、智能計算中心等主要解決的是計算問題,F(xiàn)PGA在數(shù)據(jù)中心加速、人工智能加速、區(qū)塊鏈處理等領域應用越來越多,F(xiàn)PGA集成多核處理器、AI計算單元、NOC(片上網(wǎng)絡)等計算加速部件,未來會形成非常有競爭力的異構計算平臺,成為通用計算領域的重要組成?!标惱庹f。

在新能源汽車、自動駕駛等車用領域,采用FPGA的異構計算平臺將提升自動駕駛平臺的靈活性和擴展性,實現(xiàn)從邊緣傳感器到域控制器的可擴展性,并提供動態(tài)重編程能力,降低系統(tǒng)成本與損耗。目前FPGA龍頭賽靈思大約有7000萬顆汽車芯片用于ADAS中。

“汽車行業(yè)正在面臨著一些革命性的演進,最受關注的演進就是智能駕駛從ADAS在逐漸向全面自動駕駛持續(xù)演進。傳感器數(shù)量的增多勢必會帶來爆炸式的數(shù)據(jù)增長,這就需要汽車具備強大的異構計算平臺,能夠處理不同來源的數(shù)據(jù),將多傳感器同步和融合所帶來的系統(tǒng)整體響應時間大大縮短?!?賽靈思大中華區(qū)核心市場業(yè)務發(fā)展總監(jiān)酆毅向《中國電子報》記者指出。

新基建對FPGA性能提出新挑戰(zhàn)

在新基建的背景下,信息化升級將會催生越來越多的應用場景,這對于FPGA的性能指標和架構創(chuàng)新都提出了挑戰(zhàn)。對更大規(guī)模、更高性能純FPGA以及多核異構智能化平臺提出要求。

“5G通信和數(shù)據(jù)中心加速等應用,對高端FPGA的性能指標提出了更高的要求,而人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應用,則為多核異構FPGA系統(tǒng)在邊緣計算場景下提供了大量的應用機會。”呂喆說。

陳利光表示,當前FPGA技術主要向7nm以下最先進工藝、更大的處理能力、更高的接口帶寬方向發(fā)展。面向新基建連接方面的需求,針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的SoC FPGA,以及協(xié)同邏輯陣列、處理器、DSP、專用加速器等多種計算資源的異構計算軟件編譯平臺,是未來的發(fā)展方向。

京微齊力創(chuàng)始人兼CEO王海力向《中國電子報》記者表示,要快速滿足新應用環(huán)境下提出的各類需求,F(xiàn)PGA需要采用異構架構,同時兼顧到能耗、性能和成本的要求。

“FPGA已經(jīng)由單一可編程芯片技術方案向多核異構處理平臺型技術方案過渡,實現(xiàn)‘軟件定義硬件,硬件適配生態(tài)’的新局面?!蓖鹾Aφf。

目前FPGA兩大龍頭企業(yè)賽靈思和英特爾都推出了基于FPGA的多核異構智能產(chǎn)品。賽靈思推出的ACAP, 在傳統(tǒng)FPGA片上互聯(lián)技術的基礎上,采用了NoC實現(xiàn)CPU、FPGA和AI引擎之間的互聯(lián),速度較傳統(tǒng)FPGA有著20倍的提升。英特爾的Agilex SoC FPGA,基于10nm工藝,集成了四核Arm Cortex-A53處理器,可將數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡和邊緣計算應用的功耗降低40%。

酆毅表示,單獨的計算體系結構,無法滿足越來越多樣的開發(fā)需求,伴隨工藝的進步,F(xiàn)PGA也打破了傳統(tǒng)的應用邊界,除以往的航天、通信、消費電子、工控等應用領域,還進入到AI、數(shù)據(jù)中心、視頻處理、自動駕駛、5G等新興領域,而FPGA也通過集成標量處理引擎、自適應硬件引擎和智能引擎,從器件向異構平臺轉變。

“FPGA相關企業(yè)的研發(fā)方向需要向異構計算轉型。在人才儲備中,F(xiàn)PGA企業(yè)將吸收來自AI、自動駕駛、智慧城市等來自新基建行業(yè)的人才。產(chǎn)品策略方面,企業(yè)應該更偏向于應用層面的開發(fā),更貼近客戶需求,更多采用行業(yè)通用的開發(fā)模式,通過更友好的開發(fā)環(huán)境,滿足更多的產(chǎn)品開發(fā)需求。” 酆毅說。

我國FPGA產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展通道

目前,我國FPGA產(chǎn)業(yè)鏈在設計、制造、封測環(huán)節(jié)均有所布局,在中低端市場形成了一定的生產(chǎn)和供應能力。但是,我國FPGA產(chǎn)品主要集中在中小規(guī)模器件,在“新基建”多個領域所需的高端產(chǎn)品供應方面,仍與國際龍頭存在差距,需要在性能指標和量產(chǎn)能力上取得進一步的突破。

王海力向《中國電子報》記者表示,我國FPGA產(chǎn)業(yè)基礎相對薄弱,特別在高端FPGA核心架構層面,芯片設計與量產(chǎn)能力、軟件EDA工具、應用開發(fā)等,與國外廠商有較大的差距。但從近幾年產(chǎn)業(yè)發(fā)展的態(tài)勢來看,我國FPGA已經(jīng)進入到一個快速發(fā)展的軌道。即使在同規(guī)格的FPGA產(chǎn)品指標對比上,國內FPGA公司的一些產(chǎn)品還做到了領先。

“我國FPGA在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等領域的研發(fā)、生產(chǎn)與供應有一定的基礎和保障,其產(chǎn)品也比較容易進行適配。但是5G、人工智能、數(shù)據(jù)中心及汽車電子對FPGA的技術要求更為高端嚴苛,國產(chǎn)FPGA在供應能力上仍有差距。隨著國內FPGA廠商近幾年對中高端FPGA產(chǎn)品的持續(xù)研發(fā),這種局面在未來兩三年會得到一定改善。應該利用好新基建給不同應用領域帶來的發(fā)展契機,以及在技術上提出的新需求,夯實FPGA在新基建不同行業(yè)的植入基礎?!蓖鹾Aφf。

面對新基建的市場增量和技術要求,我國企業(yè)該如何抓住機遇,實現(xiàn)能力提升與市場拓展?

呂喆表示,對于國內FPGA產(chǎn)業(yè)鏈而言,首要的問題仍是高端器件的突破,以此為基礎才能進一步拓展應用領域,服務于新基建帶來的數(shù)字化、智能化升級。要進一步提升國內FPGA產(chǎn)業(yè)鏈水平,一方面要推動產(chǎn)業(yè)鏈上下游更緊密的合作,加強上游供應鏈中流片廠、測試和封裝企業(yè)對FPGA設計公司的重點支持,與FPGA企業(yè)共同完成系統(tǒng)驗證、量產(chǎn)催熟和產(chǎn)品方案迭代,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化;另一方面,要打通和搭建學術界和產(chǎn)業(yè)界的交流通道和平臺,建立創(chuàng)新中心,加速產(chǎn)學研良性循環(huán),為FPGA未來技術體系創(chuàng)新提供理論和學術支撐;同時,要出臺相應政策吸引并留住高層次FPGA人才,建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,營造和培養(yǎng)FPGA的硬件、軟件和IP生態(tài)。

賽迪顧問高級分析師李秧向記者指出,F(xiàn)PGA技術門檻很高,國內FPGA廠商要加大研發(fā)、人才投入,完善產(chǎn)品線,滿足中低端 FPGA的市場需要,又要致力于高性能、高品質的FPGA的研發(fā),補齊從EDA到高端制造、高端封測的產(chǎn)業(yè)鏈條,形成品牌效應及穩(wěn)定的客戶關系,真正提升品牌競爭力。國內 FPGA廠商要形成產(chǎn)業(yè)集聚和產(chǎn)業(yè)生態(tài),從而降低成本,為下游客戶提供更好的產(chǎn)品服務。

王海力表示,國內FPGA企業(yè)應該繼續(xù)腳踏實地做好基礎研發(fā),包括核心架構設計、EDA軟件工具的開發(fā),完善面向應用實現(xiàn)的知識產(chǎn)權庫IP,逐步從低端FPGA產(chǎn)品向高端FPGA產(chǎn)品過渡。在深入了解客戶需求的情況下,在每一個工藝節(jié)點上建立好高品質交付的FPGA產(chǎn)品線。在培養(yǎng)關鍵技術研發(fā)人才的同時,也要大量培養(yǎng)圍繞FPGA應用開發(fā)生態(tài)的人才隊伍,建立好產(chǎn)學研用緊密結合的人才梯隊。

原文標題:FPGA,新基建的“芯”推力

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責任編輯:haq

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