【原創】本土FPGA前景美好,但要解決三大挑戰

winniewei 提交于 周三, 12/25/2019
【原創】本土FPGA前景美好,但要解決三大挑戰

作者:張國斌

12月19日,在ELEXCON 2019深圳國際電子展召開第一天,由電子創新網主辦的2019FPGA創新應用論壇也在會展中心同期開幕,來自全國各地的150多位FPGA開發業者和國內領先FPGA廠商紫光同創、安路科技、西安智多晶、雪湖科技,Efinix等公司就本土FPGA發展未來趨勢和挑戰進行了深入交流,與會嘉賓們認為未來幾年將是本土FPGA發展的黃金時代,但也面臨三大嚴峻挑戰。

一 FPGA前景分析

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電子創新網CEO張國斌在會上對FPGA未來發展做了分析,他指出FPGA經過近30年的發展,已經成為電子系統中不可或缺的一個產品,隨著智能化生活的需求加劇,未來FPGA在信號轉換、傳感器信號處理、5G、智能工業、智能醫療、汽車電子等領域的需求呈現上升趨勢。

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他指出全球FPGA市場規模持續攀升,亞太將是FPGA主要市場,未來產業發展可期。全球FPGA市場規模2019年達到69億美元,2025年要達到125億美元,增速在加快,未來市場亞太區占比達到42%,是FPGA主要市場,中國FPGA市場規模約100億人民幣,未來隨著中國5G部署及AI技術發展,國內FPGA規模有望進一步擴大。

不過在FPGA市場中,本土FPGA廠商占比還比較小,只有4%左右,這也說明未來本土FPGA成長空間很大。

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他指出一個有趣的現象是,過去30年,歐美市場涌現過60多家FPGA廠? ?商,到最后只沉淀為四家,但是近幾年,全球FPGA廠商又開始增多,這說明新的市場需求正在創造新機遇,這無疑是好事情。

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他認為通信、物聯網、邊緣計算、工業電子、消費電子、LED顯示領域是未來本土FPGA可以大展宏圖的領域,而對于數據中心、汽車電子、高端醫療影像等這些高大上的領域,本土廠商還不宜貿然進入帶實力成長后可以考慮擇機進入。他認為本土FPGS還有一些短板需要解決,主要表現在產品性能可靠性、開發工具、FPGA專利、軟件支持等領域,目前FPGA領域的領頭羊賽靈思和英特爾雙雙發力軟件開發,這也是一個很好的榜樣。

二 紫光同創的策略

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紫光同創市場總監呂喆在本次論壇上發表了“FPGA市場介紹及應用趨勢分析”主題演講。他在演講中指出:?“近幾年,國內FPGA廠商慢慢被產業熟知,關注的人也越來越多,也逐漸得到市場的認可,在國家政策支持下,國產FPGA產業迎來難得的發展機遇”,呂喆分享了FPGA市場最新發展情況和趨勢,并針對FPGA在5G通信、數據中心、人工智能、工業自動化、汽車電子等新興市場的應用價值進行了精彩地解讀。

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在本次展會中,紫光同創首次展示了基于28nm工藝的自主產權高速Serdes模塊,并在現場演示了6.6Gbps Serdes環回測試過程,將國產FPGA產業進程又向前推進了一大步。同時呂喆也表示,除了即將上市的28nm產品之外,紫光同創也啟動了更先進工藝高端FPGA器件的研發工作,有望進一步縮小與國外差距,引領國產FPGA進入新的高度!

三 安路的策略

曾經在國外多家FPGA廠商服務過有豐富FPGA應用開發經驗的安路科技FAE總監陳韓然在論壇上做了“挑戰和機遇 - 對FPGA產業發展的思考、探索和分享”的主題演講,他就FPGA發展歷程、未來趨勢、國內外產業發展差異,以及安路科技未來發展等內容進行分享。

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陳韓然表示,“通信行業對FPGA技術、產品和質量體系要求非常高。現在的國產芯片只能滿足小部分通信應用需求,低價并不是可持續的,只有不斷創新發展高性能產品才是中國FPGA的目標。面對嚴峻的國際形勢,結合中國這獨特而巨大的市場需求,我們要充分利用零距離貼近市場的優勢,往下扎根,向上結果,升級管理和技術服務理念,優化先進流程和模式,穩扎穩打地走有自己特色的成功之路。”?

四 西安智多晶的策略

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同樣在國外工作20多年回國創業的西安智多晶CEO在論壇發言指出,FPGA要做好細分市場,FPGA芯片憑借靈活性和可再編輯性在集成電路行業倍受歡迎,可以廣泛運用于LED驅動、視頻監控、通信網絡等行業。在這些應用場景上,智多晶一直在持續研發新品應對所需。

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他表示目前智多晶通過與上下游緊密結合,和小米、UMC等結成戰略合作伙伴,對于雷軍提出“IoT+5G+AI”的發展戰略,智多晶不斷調整路線布局,從客戶端的需求出發,更高效地發揮FPGA的靈活性。未來,智多晶將從封裝和嵌入式兩個方向發展FPGA。2020年,智多晶將推出新一代28納米FPGA芯片,規模在200K-300K范圍的產品。

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四 雪湖科技:實現FPGA AI

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雪湖科技工程師殷慶瑜發表了"一樣的FPGA不一樣的加速"的主題演講,他指出,雪湖科技專注于深度學習加速器和FPGA硬件加速,創始人張強曾經參與包括美國NASA在內高精尖FPGA加速項目。

他認為用設計ASIC的思路讓FPGA來加速可以大幅度提升能效比,同時兼得FPFA的靈活性。雪湖科技可為人工智能、金融交易、工業控制、生物醫藥、氣象研究等提供一站式FPGA加速技術解決方案。

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在本次論壇上,雪湖科技全新發布了DCU(Deep-learning Computing Unit )深度學習運算單元產品線,這是雪湖科技基于FPGA芯片打造的深度學習硬件加速產品線,涵蓋Yolo V3和Yolo V3 Tiny的目標檢測算法加速產品Yolo系列在此發布。Yolo系列是雪湖科技DCU產品線的首個系列產品,針對不同場景的多元需求,雪湖科技基于FPGA芯片ZU3和ZU7打造了四個產品,提供針對目標檢測需求的一站式解決方案。事實上,Yolo系列也是雪湖科技首個大范圍落地的產品。

Yolo系列是業內最流行的目標檢測算法,憑借Yolo V3 Tiny的“快如閃電”,及Yolo V3的精確度優勢,它一度被譽為目標檢測網絡的巔峰之作。相較于GPU芯片,基于FPGA芯片打造的Yolo目標檢測算法產品在吞吐量的增加、時延的降低方面展現了強勁的性能。

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以Yolo V3 Tiny為例,在FPGA ZU7芯片上,其呈現了高幀率(127FPS)、低時延(7.9ms)的硬件加速性能。相較于 GPU Jetson TX2,擁有更高幀率(FPS增加 8 倍)、更低時延(時延降低 8 倍)、更低功耗、更高性價比的特點。而在ZU3芯片上,相較于 GPU Jetson TX2吞吐量提高3倍(49FPS),時延降低至1/3(20ms),功耗降低數倍。他表示雪湖科技的算法也可以移植到本土FPGA上,攜手本土FPGA一起實現AI加速。

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五 Efinix如何創新FPGA架構?

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作為本次論壇神秘主角的Efinix? 公司最后出場,有23年FPGA應用經驗的Efinix中國區銷售經理張永慧發表了《沒有創新,難以生存! 打破神話,絕地求生》的主題演講,分享了Efinix在FPGA架構創新方面的經驗,這家成立于 2012 年的FPGA新創企業創始人團隊來自知名FPGA?企業,并有豐富的FPGA設計經驗,張永慧說Efinix?的使命是在可編程邏輯行業實行恃破性的創新,并創造市場。經過深入研發以及與主要客戶的緊密合作,Efinix已經成功地推出了 Quantum? 可編程加速器技術。與傳統 FPGA 技術相比,Quantum? 技術可將面積利用率提高 4 倍。這技術使ASIC,ASSP和FPGA領域的高級可編程硅產品實現。

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他表示平均分布的布線資源往往難以滿足實際設計的局部布線要求,例如下圖中局部堵塞 (紅色區域)就是整個芯片的短板、而閑置資源 (綠色區域)無法移動,只能被浪費,因此增加整體布線資源可以緩解局部 堵塞,但卻造成其它區域更大的浪費。

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他表示Efinix的產品與傳統FPGA相比面積縮少2至4倍、功耗減少一半、 7層金屬、采用通用硅工藝 、相同性能、 Hybird P&R平臺等優勢明顯。

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他進一步解釋說,在傳統的FPGA中,用于布線的單元和用于實現邏輯功能的單元是分開的,這也造成了布線的困難并限制了性能。在Efinix提出的Quantum FPGA技術中,一個單元既可以是邏輯單元,又可以是布線單元,可以根據需要靈活配置。這樣一來,Efinix的Quantum FPGA的布線可以更加靈活,因此可以實現更高的速度和更低的功耗。

他表示Efinix以35人團隊在12個月內完成了有120K邏輯資源的Trion系列產品的開發,這也給中國市場帶來了更多選擇。例如這個產品可以應用到工業攝像和顯示系統中這是他的介紹視頻。

Efinix的架構創新吸引了來自賽靈思、三星電子和香港X科技基金以及一些其他公司的投資,這也說明了FPGA領域的創新是最受矚目的。

六 本土FPGA面臨的三大挑戰

在今年的中美貿易戰中,小小的FPGA也成為“卡脖子”的器件,在一些關鍵領域如5G、邊緣計算中,FPGA用戶對本土FPGA廠商寄予厚望,據說華為就派出了20多人的團隊和本土FPGA一起優化FPGA應用。

本土FPGA僅做替代市場就有很大需求,而且FPGA應用領域毛利豐厚,還有很多增量市場可以挖掘,所以本土FPGA未來前景美好,但本土FPGA要發展也面臨巨大挑戰,在本次論壇的圓桌討論環節,嘉賓們直面了本土FPGA的三大挑戰。

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挑戰一、工藝挑戰

目前賽靈思公司已經發展到7nm工藝,明年將推出基于5nm的FPGA產品,而本土公司紫光同創、安路科技和西安智多晶明年將推出28nm工藝產品,在工藝上,落后了近四代。另外采用新工藝后產品的穩定性如何?可靠性如何?低功耗如何優化都是挑戰。

挑戰二、開發工具和軟件環境

目前賽靈思和英特爾在FPGA軟件開發上投入了巨大的人力和財力,進行高層次工具,試圖讓更多人可以方便地使用FPGA,設置軟件人員都可以用C語言進行FPGA開發,但是國內還沒有一家FPGA公司可以實現這樣的功能,由于FPGA架構的特殊性也難以開發一個通用的開發工具,因此本土FPGA開發成本較高,也阻礙了產品的普及,但嘉賓們認為在高層次綜合方面可以有通用性的工具加速FPGA開發。

挑戰三、缺乏FPGA人文氛圍和領軍人物

與會嘉賓認為FPGA是個特殊產品,FPGA的設計不同于其他產品可以通過人海戰術可以實現產品,也不可能通過挖角其他公司人才來實現產品的突進,FPGA設計需要既懂半導體電路又懂計算機架構的復合型人才,而且,它更需要領軍人物去引領產品發展,歐美FPGA的發源地是加拿大多倫多大學,而中國目前還沒有一所大學是專門研究FPGA架構的。

嘉賓們呼吁國家在關注這個器件的時候更注重其基礎研究,在中國打造FPGA設計和架構文化,培養更多專門人才實現突破。(如果要交流本土FPGA發展,歡迎大家加richard6761微信號入群交流)。

總之,FPGA前景很美好,但是本土FPGA要大發展,除了資金外還需要更多的支持!

注:本文為原創文章,轉載請注明作者及來源

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