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群雄逐鹿FPGA国内市场,谁将会脱颖而出?

电子发烧友网报道(文/程文智)“话说天下大势,分久必合,合久必分。”这句话在商业市场也同样适用。在一个产业的发展过程中,随着产业的发展,会有越来越多的企业参与其中,接着一些企业通过并购重组,变得越来越庞大,后面也会由于种种原因被拆分成规模大小不一的企业。

全球的FPGA市场这些年来,经过几次大型收购,全球FPGA市场格局已变,几乎不见大型的独立FPGA企业了。1984年,赛灵思(Xilinx)发明了FPGA,经过多年并购重组,赛灵思和Altera两家独大,LatticeActel夹缝中寻生存的格局。随后几经周折Actel在2010年被MicroSemi收购,2018年又被Microchip收购;Altera在2015年被英特尔收购;就算是FPGA的老大赛灵思也将被AMD收购,至此,大型的FPGA企业已经全部都被整合进更大的企业内。 就在国外FPGA独立厂商逐渐成为一个集团公司的事业部或者子公司的时候,国内FPGA市场却如雨后春笋般出现了多家独立的FPGA厂商。由于当下科技发展日新月异,AI、汽车、消费电子等领域的新需求日益增多,而FPGA凭借其灵活可编程的特性,可以迅速适应科技发展带来的诸多新需求,适应时代的潮流,帮助客户实现产品的快速迭代。因此,有业内人士认为,现在是FPGA发展的黄金时期。 目前国内主流的FPGA厂商有经历了倒闭后重新出发的京微齐力,也有经营多年的复旦微电子、紫光同创、高云半导体、安路科技、AGM遨格芯微、智多晶、中科亿海微电子、成都华微电子、以及近几年才成立的易灵思等数家。 一般来说,FPGA有三大核心技术,一是结构及性能,看FPGA内部布局的细腻程度。目前全球有两个流派,一种是逻辑和路由都是固定的;一种是逻辑和路由是可以互换的。 三是EDA能力,由于现在的FPGA规模越来越大,好的EDA工具综合能力和相关路由能力就越强,因为,未来EDA工具的全面性将会是FPGA厂商竞争的关键所在。 接下来,我们来看看国内FPGA市场的参与者们都有哪些拿手技能,他们谁最有机会在未来独领风骚呢?

二次创业的京微齐力

京微齐力脱胎于号称国内第一家商用FPGA公司的京微雅格。在2017年6月,由京微雅格留守的8人在北京二次创业成立了“京微齐力(齐力科技)”,并取得了京微雅格的所有产品和技术等独家授权。王海力出资200万元,出任新公司董事长兼总经理。

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根据公开信息,京微齐力的前身京微雅格的历史可以追溯到2003年在美国硅谷创立的雅格罗技(AgateLogic),2005年与清华大学合作后,迁至北京中关村科技园区的清华科技园。在2005年到2010年间,公司陆续流片了几颗FPGA芯片(MCU+FPGA,包括1K、4K甚至32K逻辑容量),最终做到量产的只有1颗。正是基于这些年在FPGA技术的积累,北京市决定把其作为高端芯片项目引进,并在北京市引导资金的支持的下于2010年8月创立了京微雅格。作为国产FPGA行业的一面旗帜,京微雅格不但做得最早,也形成了一批自主知识产权和相关产品成果。2011年,京微雅格走上商业化道路。 随后6年的时间里,京微雅格共申请了200多项专利,并拥有90多项已授权专利。共开发了“山”、“河”、“星”、“云”四大系列产品。不过后来,由于种种原因,京微雅格走到了破产的边缘,公司数月都发不出工资,员工陆续离开,最后剩下8人留守公司。 留守的8人在坚持了18个月后,征得原公司股东同意的前提下,大家最终决定二次创业,在2017年6月成立了京微齐力。根据天眼查数据,如今的京微齐力有42个股东。

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据京微齐力CEO王海力在今年5月14日第11届松山湖中国IC创新高峰论坛上透露,重新出发的京微齐力目前已经量产了8颗FPGA芯片,并封装成了几十种不同型号的产品,累计出货超千万片,客户覆盖消费、显示、工控等领域。 京微齐力除了推出了60K的HME-P1P60产品,对标赛灵思7系列FPGA,且目前在开发22nm工艺新品,具备100K、300K、600K逻辑资源。

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据悉,京微齐力当前产品分为四大系列,分别为山系列HME-M 65/55nm(低成本、SoC单芯片)、河系列HME-R 40nm(低功耗、低成本、小封装)、大力神系列HME-H 40nm(高性价比、高速MIPI)、飞马系列HME-P 40/22nm(大容量、高性能、高速Serdes)。 在EDA方面,京微齐力从2015年就开始发展软件工具与EDA能力,据说其FX(伏羲软件)是京微齐力自主研发的EDA设计工具,目前可以实现完整的FPGA设计,客户可以便捷地从赛灵思转到京微齐力上。 在高速接口方面,其Serdes接口已经发展到6.5Gbps~10Gbps,未来还会发展13~16Gbps。 这几年京微齐力的出货量的确还不错,不过据坊间传闻,该公司目前的出货主要在手机售后市场,该市场的特征是需求其实不是很稳定,要是手机厂商改进方案,或者加了限制的话,有可能造成出货量下跌。因此,京微齐力要想在FPGA市场有更大的发展前景,还需要在其他领域提供有竞争力的产品。

国内第一家上市FPGA厂商—复旦微电子

复旦微电子于今年8月份在科创板正式上市,成为国内第一家上市的FPGA厂商。复旦微电子成立于1998年7月,由复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室、上海商投等联合成立。 该公司自2004年开始进行FPGA的研发,曾陆续推出百万门级FPGA和千万门级FPGA,目前形成千万门级FPGA芯片、并于2018年第二季度推出28nm工艺的亿门级FPGA芯片,SerDes传输速率达到最高13.1Gbps,2019年正式销售,目前已经向国内数百家客户发货。

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据其招股书介绍,复旦微电针对人工智能、大数据以及物联网等应用领域,正在28nm 工艺上研发基于FPGA 的PSoC 芯片青龙系列产品,为人脸识别计算机视觉等新兴领域提供性价比更优、可靠性更高的人工智能PSoC 解决方案。该产品内嵌大容量自有eFPGA模块,并配置APU和多个AI加速引擎,可广泛用于高速通信、信号处理、图像处理、工业控制等应用领域。另外,该公司同时还开启了14/16nm 工艺的10 亿门级FPGA 产品的研发进程。 其中,其千万门级产品2016年推出,采用了65nm工艺,包含50K左右容量的逻辑单元;2018年推出的28nm亿门级FPGA产品包含了700K左右的逻辑单元。 不过FPGA在复旦微电中的营收占比并不高,在2020年其FPGA的营收为1.5亿元左右,占总营收的9.17%。2019年时更低,不到6%。 在EDA工具方面,复旦微电研发的新一代亿门级FPGA配套开发工具Procise是国内FPGA领域首款超大规模全流程EDA设计工具,软件主要功能包括网表导入、映射装箱、布局布线、时序分析与优化、位流生成、编程下载、在线调试等,可支持公司全系列可编程器件,并突破了FPGA 总体布局合法化方法、FPGA 芯片版图连线显示方法等关键先进技术。

紫光同创

深圳市紫光同创电子有限公司成立于2013 年,是紫光集团旗下紫光国微的联营企业,专业从事可编程逻辑器件(FPGA、CPLD 等)的研发与生产销售,是中国主流的FPGA 厂商,产品覆盖通信、网络安全、工业控制、视频监控、汽车电子、消费电子、数据中心等应用领域。 2015年,紫光同创推出了其千万门级规模的FPGA芯片Titan系列,采用了40nm工艺,可编程逻辑资源高达174K;在接口方面,Titan系列产品支持多种高度IO接口,SerDes速率高达5.0Gbps;支持PCIe2.0接口;LVDS速率高达800Mbps;此外还支持DDR3。

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图:紫光同创Titan系列产品主要参数(来源:紫光同创官网) 2020年3月,紫光同创推出Logos-2系列高性价比FPGA,采用28nm CMOS工艺,相较上一代40nm Logos系列FPGA性能提升50%,总功耗降低40%。该系列的PG2L100H的SerDes传输速率为6.6Gbps;且集成了RAMDSPADC、Serdes、DDR3等丰富的片上资源和IO接口。 其另一款Compa系列CPLD产品则采用了55nm的eFlash工艺和自主产权体系结构,可满足低功耗、低成本、小尺寸的设计要求,适用于系统配置、接口扩展和桥接、板级电源管理、上电时序管理、传感器融合等应用需求,广泛应用于通信、消费电子、无人机、工业控制等领域。 逻辑资源有1K~10K的产品可供选择,支持MIPI、LVDS、I2C、SPI、OSC、RAM、PLL等接口和资源。 在EDA软件方面,紫光同创配套的Pango Design Suite可以支持千万门级FPGA器件的设计开发,该软件支持工业界标准的开发流程,可以实现从RTL综合到配置数据流生成下载的全套操作。 Titan系列高端FPGA产品PGT180H已向国内多家领先通信设备厂商批量供货,该型号产品去年全年销售额近1亿元。

高云半导体

高云半导体成立于2014 年1 月,专业从事现场可编程逻辑器件的研发和销售,以消费类电子、工业控制作为市场切入点,以高性价比专攻中低密度FPGA 市场,其产品可应用于通讯、LED 显示、工业控制、汽车电子、消费电子、人工智能和数据中心等市场。 其CEO朱璟辉和SVP宋宁都来自于Lattice团队,尤其是朱璟辉,从清华大学毕业后,1996年-2011年任职Lattice,历经七代FPGA产品的研发,曾获得11项美国专利,5项中国专利,目前还是科技部863计划的可编程器件重大专项的技术负责人。 而宋宁除了在Lattice任高级工程师外,还在Cadence担任过高级工程师,他目前负责高云半导体FPGA全流程软件开发,对FPGA架构、硬件设计、软件研发同步开发有独到经验。 据其官网介绍,高云目前研发团队有100余人,在硅谷、上海、济南建立了研发中心。公司的技术骨干均有国际著名FPGA公司15年以上的工作经验,参与了数代FPGA芯片的硬件开发、相关EDA软件开发、软硬件的测试流程,积累了丰富的技术和管理经验。团队磨合迅速,于2015年一季度量产出国内第一块产业化的55nm工艺400万门的中密度FPGA芯片,并开放开发软件下载。2016年第一季度又顺利推出国内首颗55nm嵌入式Flash SRAM的非易失性FPGA芯片。 在产品系列方面,高云目前有晨熙、小蜜蜂和Gobridge三大家族产品。其中Gobridge家族产品线是今年6月份推出的,同时还发布了 GWU2X 和 GWU2U USB 接口桥接器件。GWU2X ASSP可以将USB接口转换为 SPI、JTAG、I2C 和 GPIO,而 GWU2U ASSP 可实现 USB 到 UART 的接口转换。高云半导体的 GoBridge ASSP 产品可广泛应用于消费、汽车、工业和通信市场领域,灵活的实现接口转换,简化系统设计。 GWU2X 和 GWU2U ASSP 采用最先进的半导体技术,非常适合为新的终端产品提供接口转换方案。同时,在当前半导体器件缺货严重的市场形势下,它还可以有效缓解因原有转换芯片 EOL 或者缺货而产生的影响。 另外,在EDA方面,Synopsys为高云提供前SynplifyPro高云版端软件软件,也是中国唯一由新思授权的FPGA前端软件。在2020年,高云宣布其自主研发的逻辑综合工具Gowin Synthesis支持VHDL硬件描述语言流程综合。 高云的FPGA技术业界还是认可的,不过也有业内认识透露他们错过了一次发展良机,那就是两年前华为在寻找国内替代品的时候曾经找到过高云,但高云当时并没有重视,从而错过了转向通信市场的机会,如今只能在消费类市场继续跟竞争者拼杀。 不过最近高云有转向汽车市场的动作,在2019年初,他们就发布了三款汽车级芯片,GW1N-LV4QN88A4,GW2A-LV18QN88A6,GW2A-LV18BG256A6,并在360环视、智能座舱、车载控制系统等方面打造了10余款完整解决方案,其中多个项目于2019年三季度开始陆续通过整车装机测试,批量应用于国内顶尖汽车企业。 GW1N-LV4PG256A4产品于2021年1月成功通过AEC-Q100认证,其他两款也陆续通过认证。

即将登陆科创板的安路科技

上海安路信息科技有限公司成立于2011年,总部位于浦东张江,创始人为文余波。公司创始人及核心团队来自海外高级技术管理人才、国外FPGA公司产品开发骨干以及学术界资深FPGA科研人员组成。 公司研发团队60%以上是复旦、交大、UCLA、UIUC等国内外高校的硕士或者是博士,具有很强的研究能力和设计水准。核心工作成员大多数在世界前五的FPGA公司和EDA公司中从事数十年以上技术研发和管理工作,参与开发了多款世界领先的FPGA 芯片和最好的EDA 开发系统。安路当前已经形成了从小规模CPLD(Elf-300、Elf-650)到2百万门FPGA(EG-4、AL3-6、AL3-10、AL3-S10、EG-20、EG-D20)的系列器件,以及一颗已经实际应用了的千万门级FPGA IP核(AL3-130)。 华大半导体入股之后,其作为国内最大的国产EDA软件商华大九天与作为自主FPGA厂商安路科技,双方在EDA工具上的合作空间,包括互补性上,都具有很大的想象力。 安路科技已经提交了招股书,即将登陆科创板。据披露,其量产芯片主要为55nm及28nm制程工艺,是国内首批具有28nmFPGA芯片设计能力和量产能力的企业之一,公司的 FinFET工艺产品的关键技术已成功验证,下一步进入量产阶段。 目前,安路科技的FPGA芯片产品目前形成了以SAL PHOENIX高性能产品系列、SAL EAGLE高性价比产品系列和SAL ELF低功耗产品系列组成的产品矩阵。其中,安路科技于2020 年推出了PHOENIX 系列产品,SerDes 传输速率16Gbps。 据业内人士透露,安路科技在LED接收卡市场的份额很大,主要是它将SDRAM封装进芯片内部了,这样可以帮助客户将四层PCB板降低至两层,降低客户的成本。

AGM遨格芯微

上海遨格芯微电子有限公司(AGM)成立于2012年,是国内领先的以可编程逻辑技术为基础,提供应用市场SoC芯片的半导体集成电路无生产线设计公司。 该公司由来自美国硅谷知名可编程逻辑芯片企业的团队和国内资深工程团队创办。AGM是以开发自主产权的编译软件开始,兼容切入现有FPGA软件的生态链。 看到智能手机风口的AGM也不失时机出了一款用于智能手机和loT的FPGA芯片,在助力客户逐渐退出低端市场之时,把握住机会,通过价格优势抢夺低端市场。通过最近几年的不断地产品迭代和市场扩展,AGM悄悄地积累了比较稳定的客户,产品线也开始丰富起来,成为了国内FPGA的一批发展迅猛的黑马。

智多晶

据其官网介绍,西安智多晶微电子有限公司,成立于2012年,总部位于西安,北京设立有EDA软件研究中心。创始团队拥有三十多年丰富的FPGA设计制造经验,曾就职于海外该领域领先企业,并担任多个专业方向技术带头人。核心团队来自于国内各知名院校和优秀的FPGA研发团队,是国内目前集硬软件设计、生产、销售最具竞争力的高科技企业。 目前智多晶已实现55nm、40nm中密度FPGA的量产,并针对性推出了内嵌Flash、SDRAM等集成化方案产品,截至2018年已批量发货2KK片。 智多晶现有产品Seagull 1000系列CPLD芯片、Sealion 2000系列FPGA芯片等已受到市场认可。 其产品覆盖市场包括LED驱动、视频监控、图像处理、智能仪表、工业控制、4G/5G通信网络、数据中心等,已与富士通、诺瓦电子、海康威视等多家知名企业建立合作关系,并开始研发测试智能人脸识别芯片。 此外,智多晶还于2017年并购了平台化FPGA软件解决方案的开创者——北京飘石科技,借此进一步完善软件布局。飘石科技成立于2007年,曾参与或独立完成10多个系列、近30款世界主流FPGA厂商及FPGA初创公司的FPGA器件的开发软件支持。

FPGA新秀易灵思

根据其官网介绍,易灵思的前身为Efinix,其共同创办人张少逸(Sammy Cheung)和魏启杰(Tony Ngai)在其他半导体公司(包括FPGA公司和其他可编程提供商)工作了25年以上之后,于2012年成立了Efinix。 他们首先发明了一种独特的,具有特破性的灵活FPGA架构, 那便是Quantum架构。Quantum 是Efinix的关键技术:它是一种FPGA架构,以简单的基于块的格式排列,散布着RAM和乘法器列。该结构的设计与工艺和制造厂无关,并且通过使用7层金属,无异常功率要求,和标准ASIC可交付成果,与真正的SoC设计流程兼容。 Trion FPGA是预定义的Quantum内核,已与特定的外围接口包装在一起并进行了封装。Trion FPGA系列基于受专利保护的Quantum架构。该系列使客户能够进接到这一新的关键FPGA架构,从而在需要针对小型封装,低功耗和小体积的器件上实现了优化的边缘应用。 建于Quantum结构和Trion FPGA成功的基础上,Efinix最近宣布了该公司的第二代产品系列。Trion Titanium FPGA建立在16 纳米工艺之上,并具有重新设计的Quantum计算架构。 据易灵思销售总监张永慧介绍,易灵思的FPGA产品基本都内置了一个RISC-V软核MCU,架构是逻辑和路由是可以互换的,就像推挤线路,一个好处是利用率高,最高可达100%;第二个好处是能够使得金属层比传统的厂商少5到7层。 易灵思的产品目前在工业相机的市场占有率很高,除了工业相机之外,机器视觉和伺服控制方面易灵思也比较有优势。 还有一个值得一提的是,在其他产品供应紧张的情况下,易灵思目前有充足的货源可供客户选择。 在EDA工具方面,易灵思也有自己的开发工具,而且据说在开源网站上开源了,感兴趣的工程师可以自行去下载使用,或者研究。

总结

除了上面提到的这几家,国内还有中科亿海微电子、成都华微电子等独立FPGA厂商,可以说如今的国内FPGA市场玩家众多,最终谁会独领风骚,就看未来几年他们是否都能找到自己擅长的领域,并推出更有竞争力的产品了,毕竟国内的市场足够大。

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