新基建是數字技術的基礎設施，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)新和信息網絡為基礎，來推動基礎設施體系的數字轉型、智能升級以及融合創(chuàng)新等。在原型設計、協(xié)議升級、數據處理、降低功耗等方面，FPGA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，FPGA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品開發(fā)的關鍵器件，非常契合5G、人工智能、數據中心、工業(yè)互聯(lián)網等新興應用場景。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字化轉型挑戰(zhàn)，對于運算效率、數據安全性、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據處理的需求。”紫光同創(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，這只有通過可靈活編程的FPGA才能實現。二是在5G網絡的很多應用場景中，FPGA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，需要大量信號并行處理，FPGA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)網相關場景對FPGA的需求也在日益提升。據賽迪顧問預測，2022年我國工業(yè)互聯(lián)網市場規(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)網將把當前工業(yè)網絡中存在的數百種不同協(xié)議統(tǒng)一起來，實現互聯(lián)互通，在工業(yè)互聯(lián)網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，以實現控制通信協(xié)議轉換、接口控制、傳感器數據融合。”安路科技副總裁陳利光向《中國電子報》表示。
數據中心、人工智能等高性能計算領域，也是FPGA的重要市場。目前，全球數據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、數據中心、智能計算中心等主要解決的是計算問題，FPGA在數據中心加速、人工智能加速、區(qū)塊鏈處理等領域應用越來越多，FPGA集成多核處理器、AI計算單元、NOC（片上網絡）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。”陳利光說。
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。傳感器數量的增多勢必會帶來爆炸式的數據增長，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據，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通信和數據中心加速等應用，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，FPGA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‘軟件定義硬件，硬件適配生態(tài)’的新局面。”王海力說。
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，可將數據中心、網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，FPGA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、數據中心、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，FPGA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，滿足更多的產品開發(fā)需求。” 酆毅說。
我國FPGA產業(yè)進入快速發(fā)展通道
目前，我國FPGA產業(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和供應能力。但是，我國FPGA產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。但從近幾年產業(yè)發(fā)展的態(tài)勢來看，我國FPGA已經進入到一個快速發(fā)展的軌道。即使在同規(guī)格的FPGA產品指標對比上，國內FPGA公司的一些產品還做到了領先。
“我國FPGA在工業(yè)互聯(lián)網、物聯(lián)網等領域的研發(fā)、生產與供應有一定的基礎和保障，其產品也比較容易進行適配。但是5G、人工智能、數據中心及汽車電子對FPGA的技術要求更為高端嚴苛，國產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。”王海力說。
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，實現能力提升與市場拓展？
呂喆表示，對于國內FPGA產業(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字化、智能化升級。要進一步提升國內FPGA產業(yè)鏈水平，一方面要推動產業(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、量產催熟和產品方案迭代，實現產業(yè)化；另一方面，要打通和搭建學術界和產業(yè)界的交流通道和平臺，建立創(chuàng)新中心，加速產學研良性循環(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，FPGA技術門檻很高，國內FPGA廠商要加大研發(fā)、人才投入，完善產品線，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廠商要形成產業(yè)集聚和產業(yè)生態(tài)，從而降低成本，為下游客戶提供更好的產品服務。
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)，完善面向應用實現的知識產權庫IP，逐步從低端FPGA產品向高端FPGA產品過渡。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，建立好產學研用緊密結合的人才梯隊。
文中產品圖片由安路科技提供
