【原创】本土FPGA前景美好,但要解决三大挑战

winniewei 提交于 周三, 12/25/2019
【原创】本土FPGA前景美好,但要解决三大挑战

作者:张国斌

12月19日,在ELEXCON 2019深圳国际电子展召开第一天,由五分11选5主办的2019FPGA创新应用论坛也在会展中心同期开幕,来自全国各地的150多位FPGA开发业者和国内领先FPGA厂商紫光同创、安路科技、西安智多晶、雪湖科技,Efinix等公司就本土FPGA发展未来趋势和挑战进行了深入交流,与会嘉宾们认为未来几年将是本土FPGA发展的黄金时代,但也面临三大严峻挑战。

一 FPGA前景分析

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五分11选5CEO张国斌在会上对FPGA未来发展做了分析,他指出FPGA经过近30年的发展,已经成为电子系统中不可或缺的一个产品,随着智能化生活的需求加剧,未来FPGA在信号转换、传感器信号处理、5G、智能工业、智能医疗、汽车电子等领域的需求呈现上升趋势。

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他指出全球FPGA市场规模持续攀升,亚太将是FPGA主要市场,未来产业发展可期。全球FPGA市场规模2019年达到69亿美元,2025年要达到125亿美元,增速在加快,未来市场亚太区占比达到42%,是FPGA主要市场,五分11选5FPGA市场规模约100亿人民币,未来随着五分11选55G部署及AI五分11选5发展,国内FPGA规模有望进一步扩大。

不过在FPGA市场中,本土FPGA厂商占比还比较小,只有4%左右,这也说明未来本土FPGA成长空间很大。

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他指出一个有趣的现象是,过去30年,欧美市场涌现过60多家FPGA厂   商,到最后只沉淀为四家,但是近几年,全球FPGA厂商又开始增多,这说明新的市场需求正在创造新机遇,这无疑是好事情。

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他认为通信、物联网、边缘计算、工业电子、消费电子、LED显示领域是未来本土FPGA可以大展宏图的领域,而对于数据中心、汽车电子、高端医疗影像等这些高大上的领域,本土厂商还不宜贸然进入带实力成长后可以考虑择机进入。他认为本土FPGS还有一些短板需要解决,主要表现在产品性能可靠性、开发工具、FPGA专利、软件支持等领域,目前FPGA领域的领头羊赛灵思和英特尔双双发力软件开发,这也是一个很好的榜样。

二 紫光同创的策略

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紫光同创市场总监吕喆在本次论坛上发表了“FPGA市场介绍及应用趋势分析”主题演讲。他在演讲中指出: “近几年,国内FPGA厂商慢慢被产业熟知,关注的人也越来越多,也逐渐得到市场的认可,在国家政策支持下,国产FPGA产业迎来难得的发展机遇”,吕喆分享了FPGA市场最新发展情况和趋势,并针对FPGA在5G通信、数据中心、人工智能、工业自动化、汽车电子等新兴市场的应用价值进行了精彩地解读。

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在本次展会中,紫光同创首次展示了基于28nm工艺的自主产权高速Serdes模块,并在现场演示了6.6Gbps Serdes环回测试过程,将国产FPGA产业进程又向前推进了一大步。同时吕喆也表示,除了即将上市的28nm产品之外,紫光同创也启动了更先进工艺高端FPGA器件的研发工作,有望进一步缩小与国外差距,引领国产FPGA进入新的高度!

三 安路的策略

曾经在国外多家FPGA厂商服务过有丰富FPGA应用开发经验的安路科技FAE总监陈韩然在论坛上做了“挑战和机遇 - 对FPGA产业发展的思考、探索和分享”的主题演讲,他就FPGA发展历程、未来趋势、国内外产业发展差异,以及安路科技未来发展等内容进行分享。

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陈韩然表示,“通信行业对FPGA五分11选5、产品和质量体系要求非常高。现在的国产芯片只能满足小部分通信应用需求,低价并不是可持续的,只有不断创新发展高性能产品才是五分11选5FPGA的目标。面对严峻的国际形势,结合五分11选5这独特而巨大的市场需求,我们要充分利用零距离贴近市场的优势,往下扎根,向上结果,升级管理和五分11选5服务理念,优化先进流程和模式,稳扎稳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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同样在国外工作20多年回国创业的西安智多晶CEO在论坛发言指出,FPGA要做好细分市场,FPGA芯片凭借灵活性和可再编辑性在集成电路行业倍受欢迎,可以广泛运用于LED驱动、视频监控、通信网络等行业。在这些应用场景上,智多晶一直在持续研发新品应对所需。

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他表示目前智多晶通过与上下游紧密结合,和小米、UMC等结成战略合作伙伴,对于雷军提出“IoT+5G+AI”的发展战略,智多晶不断调整路线布局,从客户端的需求出发,更高效地发挥FPGA的灵活性。未来,智多晶将从封装和嵌入式两个方向发展FPGA。2020年,智多晶将推出新一代28纳米FPGA芯片,规模在200K-300K范围的产品。

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四 雪湖科技:实现FPGA AI

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雪湖科技工程师殷庆瑜发表了"一样的FPGA不一样的加速"的主题演讲,他指出,雪湖科技专注于深度学习加速器和FPGA硬件加速,创始人张强曾经参与包括美国NASA在内高精尖FPGA加速项目。

他认为用设计ASIC的思路让FPGA来加速可以大幅度提升能效比,同时兼得FPFA的灵活性。雪湖科技可为人工智能、金融交易、工业控制、生物医药、气象研究等提供一站式FPGA加速五分11选5解决方案。

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在本次论坛上,雪湖科技全新发布了DCU(Deep-learning Computing Unit )深度学习运算单元产品线,这是雪湖科技基于FPGA芯片打造的深度学习硬件加速产品线,涵盖Yolo V3和Yolo V3 Tiny的目标检测算法加速产品Yolo系列在此发布。Yolo系列是雪湖科技DCU产品线的首个系列产品,针对不同场景的多元需求,雪湖科技基于FPGA芯片ZU3和ZU7打造了四个产品,提供针对目标检测需求的一站式解决方案。事实上,Yolo系列也是雪湖科技首个大范围落地的产品。

Yolo系列是业内最流行的目标检测算法,凭借Yolo V3 Tiny的“快如闪电”,及Yolo V3的精确度优势,它一度被誉为目标检测网络的巅峰之作。相较于GPU芯片,基于FPGA芯片打造的Yolo目标检测算法产品在吞吐量的增加、时延的降低方面展现了强劲的性能。

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以Yolo V3 Tiny为例,在FPGA ZU7芯片上,其呈现了高帧率(127FPS)、低时延(7.9ms)的硬件加速性能。相较于 GPU Jetson TX2,拥有更高帧率(FPS增加 8 倍)、更低时延(时延降低 8 倍)、更低功耗、更高性价比的特点。而在ZU3芯片上,相较于 GPU Jetson TX2吞吐量提高3倍(49FPS),时延降低至1/3(20ms),功耗降低数倍。他表示雪湖科技的算法也可以移植到本土FPGA上,携手本土FPGA一起实现AI加速。

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五 Efinix如何创新FPGA架构?

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作为本次论坛神秘主角的Efinix™ 公司最后出场,有23年FPGA应用经验的Efinix五分11选5区销售经理张永慧发表了《没有创新,难以生存! 打破神话,绝地求生》的主题演讲,分享了Efinix在FPGA架构创新方面的经验,这家成立于 2012 年的FPGA新创企业创始人团队来自知名FPGA 企业,并有丰富的FPGA设计经验,张永慧说Efinix 的使命是在可编程逻辑行业实行恃破性的创新,并创造市场。经过深入研发以及与主要客户的紧密合作,Efinix已经成功地推出了 Quantum™ 可编程加速器五分11选5。与传统 FPGA 五分11选5相比,Quantum™ 五分11选5可将面积利用率提高 4 倍。这五分11选5使ASIC,ASSP和FPGA领域的高级可编程硅产品实现。

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他表示平均分布的布线资源往往难以满足实际设计的局部布线要求,例如下图中局部堵塞 (红色区域)就是整个芯片的短板、而闲置资源 (绿色区域)无法移动,只能被浪费,因此增加整体布线资源可以缓解局部 堵塞,但却造成其它区域更大的浪费。

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他表示Efinix的产品与传统FPGA相比面积缩少2至4倍、功耗减少一半、 7层金属、采用通用硅工艺 、相同性能、 Hybird P&R平台等优势明显。

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他进一步解释说,在传统的FPGA中,用于布线的单元和用于实现逻辑功能的单元是分开的,这也造成了布线的困难并限制了性能。在Efinix提出的Quantum FPGA五分11选5中,一个单元既可以是逻辑单元,又可以是布线单元,可以根据需要灵活配置。这样一来,Efinix的Quantum FPGA的布线可以更加灵活,因此可以实现更高的速度和更低的功耗。

他表示Efinix以35人团队在12个月内完成了有120K逻辑资源的Trion系列产品的开发,这也给五分11选5市场带来了更多选择。例如这个产品可以应用到工业摄像和显示系统中这是他的介绍视频。

Efinix的架构创新吸引了来自赛灵思、三星电子和香港X科技基金以及一些其他公司的投资,这也说明了FPGA领域的创新是最受瞩目的。

六 本土FPGA面临的三大挑战

在今年的中美贸易战中,小小的FPGA也成为“卡脖子”的器件,在一些关键领域如5G、边缘计算中,FPGA用户对本土FPGA厂商寄予厚望,据说华为就派出了20多人的团队和本土FPGA一起优化FPGA应用。

本土FPGA仅做替代市场就有很大需求,而且FPGA应用领域毛利丰厚,还有很多增量市场可以挖掘,所以本土FPGA未来前景美好,但本土FPGA要发展也面临巨大挑战,在本次论坛的圆桌讨论环节,嘉宾们直面了本土FPGA的三大挑战。

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挑战一、工艺挑战

目前赛灵思公司已经发展到7nm工艺,明年将推出基于5nm的FPGA产品,而本土公司紫光同创、安路科技和西安智多晶明年将推出28nm工艺产品,在工艺上,落后了近四代。另外采用新工艺后产品的稳定性如何?可靠性如何?低功耗如何优化都是挑战。

挑战二、开发工具和软件环境

目前赛灵思和英特尔在FPGA软件开发上投入了巨大的人力和财力,进行高层次工具,试图让更多人可以方便地使用FPGA,设置软件人员都可以用C语言进行FPGA开发,但是国内还没有一家FPGA公司可以实现这样的功能,由于FPGA架构的特殊性也难以开发一个通用的开发工具,因此本土FPGA开发成本较高,也阻碍了产品的普及,但嘉宾们认为在高层次综合方面可以有通用性的工具加速FPGA开发。

挑战三、缺乏FPGA人文氛围和领军人物

与会嘉宾认为FPGA是个特殊产品,FPGA的设计不同于其他产品可以通过人海战术可以实现产品,也不可能通过挖角其他公司人才来实现产品的突进,FPGA设计需要既懂半导体电路又懂计算机架构的复合型人才,而且,它更需要领军人物去引领产品发展,欧美FPGA的发源地是加拿大多伦多大学,而五分11选5目前还没有一所大学是专门研究FPGA架构的。

嘉宾们呼吁国家在关注这个器件的时候更注重其基础研究,在五分11选5打造FPGA设计和架构文化,培养更多专门人才实现突破。(如果要交流本土FPGA发展,欢迎大家加richard6761微信号入群交流)。

总之,FPGA前景很美好,但是本土FPGA要大发展,除了资金外还需要更多的支持!

注:本文为原创文章,转载请注明作者及来源

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