一颗小小的FPGA芯片为什么中国一直搞不定
芯片，一个特别专业的领域，因为中美之间的贸易摩擦，走进大众视野。在“华为风波”中，当海思亮出“备胎”的时候，国人除了兴奋，更是新增了一层担忧：哪些产品是我们就算早早准备，但技术差距还比较大？——fpga! 答案跃然纸上。
对于fpga而言，其最大的特点就是可重复编程，灵活性上高于专用芯片asic，性能和实时处理能力优于cpu，常用于设计及验证环节，以此加速产品的上市时间。但是由于其采用了软硬件一体化的架构，相对于cpu和gpu而言，编译难度较高，应用开发门槛偏高，并不适合海量应用。由于国外企业起步较早，xilinx和altera两大巨头已经占据了90%的市场份额，并且和lattice、microsemi等公司通过近9000项专利构筑了牢固的知识产权壁垒，对于后进入者设定了重重障碍，这也是鲜有公司进入fpga领域的重要原因。
直至2010年左右，随着fpga部分专利技术开始到期，我国才出现了几家采用正向设计的fpga企业。但是此次全球fpga产业格局已经基本确定，国内企业自成立之初，便面临着强大的生存挑战。据最新数据显示，2018年全球fpga市场约为60亿美元，中国市场占比30%以上，xilinx、altera和lattice几乎完全垄断了中国市场，国产厂商占比非常低。
虽然说在硬件设计上，通过架构的创新可以绕开国外巨头的技术封锁，但是在高端eda软件方面，我国依然严重依赖国外公司，因此也限制了国内fpga产业的发展。实际上也是如此，在经过近20多年发展，国内企业仍只能够完成低密度产品的设计和制造，离数亿规模的高端产品还相差甚远。
首先在特殊应用领域，虽然说fpga的使用量占比不大，但是对于产品的安全性和可靠性要求异常严苛，涉及到国家安全，广泛应用于航天、航空、电子、通信、高端波束形成系统等领域。据相关统计显示，国内90%的大型电子设备都要用到fpga。
以大型相控阵系统为例，需要通过不同的t/r组件构成处理单元，对信号进行放大、移相、衰减等，每个单元中都需要一个fpga。而在一个相控阵系统中，这样单元数量往往达到数千个。如果不能够实现自主化，除了在供应上受制于人之外，还带来巨大的安全隐患。
其次是fpga最大的目标市场通信领域，目前全球正处于4g向5g发展的阶段。根据天风证券数据，一个5g基站对fpga需求量几乎是一个4g 基站需求量的两倍，使得fpga的价值量比4g基站多大约1000美元。而随着海量mimo、云ran、rru/bbu的重构等，使得通信产业将经历较长时间的优化和迭代过程。
由于fpga具有可编程特性，非常契合这一迭代过程，只需要升级通信协议即可满足迭代需求，在端到端网络线卡的包处理方案、背板互连，网络接口的帧生成器和mac层通信管理 ，粘合逻辑、i/o扩展，光传输，信源和信道编码 ，数字调制和扩频，cfr (crest factor reduction) 峰值因数抑制，dpd (digital pre-distortion) 数字预失真等方面都有巨大的应用潜力。
与此同时，在新兴应用芯片设计方面，fpga早已经被证实是芯片设计验证阶段的首先方案。目前国内人工智能等新兴产业发展迅猛，为了快速实现产品上市和降低研发风险，企业往往通过采购国外高端fpga进行验证及仿真，以提升芯片流片的成功率。
但是，在人工智能、自动驾驶、5g等新兴应用领域，国内高端fpga产品仍严重依赖进口。在中美科技竞争频繁发生的背景下，如果不加大力度发展自主fpga产业，未来在高科技领域也将受制于人。由于fpga行业技术门槛高、国内专利人才缺乏、投资回报周期很长、风险高等因素，资本市场对fpga关注相对较少，国内fpga企业普遍面临着“生存挑战”，国内企业在软硬件投入方面往往力不从心。
据公开资料显示，中国领军企业紫光同创每年科研投入已超过2亿元，但与全球领军企业xilinx每年5亿美金的科研投入相比，还差距太大！面对国外企业在技术和生态方面的垄断，单靠国内个别企业力量想要实现fpga的突破，几乎是不可能完成的任务。
而对于应用端而言，面对贸易竞争的不确定性，应该更为积极地采用国产fpga产品，以保障供应链的安全性。企业可以采用“双供应链”的策略，逐步导入国产fpga产品，以此加速国内fpga产业进入正循环。根据统计数据显示，中国fpga市场规模已经达到18亿美元，相当于120亿人民币规模。其中，政府部门国产应用率还不足30%，商用市场国产占有率更是可以忽略不计。对于国产fpga产业而言，除了持续不断的投入之外，还需要通过政府采购、鼓励企业使用等措施，加快国产产品更新迭代的进程。只有真正的“用起来”，国内fpga产业才能迈出关键的第一步！
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对于fpga而言，其最大的特点就是可重复编程，灵活性上高于专用芯片asic，性能和实时处理能力优于cpu，常用于设计及验证环节，以此加速产品的上市时间。但是由于其采用了软硬件一体化的架构，相对于cpu和gpu而言，编译难度较高，应用开发门槛偏高，并不适合海量应用。由于国外企业起步较早，xilinx和altera两大巨头已经占据了90%的市场份额，并且和lattice、microsemi等公司通过近9000项专利构筑了牢固的知识产权壁垒，对于后进入者设定了重重障碍，这也是鲜有公司进入fpga领域的重要原因。
直至2010年左右，随着fpga部分专利技术开始到期，我国才出现了几家采用正向设计的fpga企业。但是此次全球fpga产业格局已经基本确定，国内企业自成立之初，便面临着强大的生存挑战。据最新数据显示，2018年全球fpga市场约为60亿美元，中国市场占比30%以上，xilinx、altera和lattice几乎完全垄断了中国市场，国产厂商占比非常低。
虽然说在硬件设计上，通过架构的创新可以绕开国外巨头的技术封锁，但是在高端eda软件方面，我国依然严重依赖国外公司，因此也限制了国内fpga产业的发展。实际上也是如此，在经过近20多年发展，国内企业仍只能够完成低密度产品的设计和制造，离数亿规模的高端产品还相差甚远。
首先在特殊应用领域，虽然说fpga的使用量占比不大，但是对于产品的安全性和可靠性要求异常严苛，涉及到国家安全，广泛应用于航天、航空、电子、通信、高端波束形成系统等领域。据相关统计显示，国内90%的大型电子设备都要用到fpga。
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由于fpga具有可编程特性，非常契合这一迭代过程，只需要升级通信协议即可满足迭代需求，在端到端网络线卡的包处理方案、背板互连，网络接口的帧生成器和mac层通信管理 ，粘合逻辑、i/o扩展，光传输，信源和信道编码 ，数字调制和扩频，cfr (crest factor reduction) 峰值因数抑制，dpd (digital pre-distortion) 数字预失真等方面都有巨大的应用潜力。
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