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| 本文作者： 鐵流 | 2016-05-18 13:13 |
FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，也就是一個(gè)可以在其上編程的芯片。相對(duì)于CPU的編程，F(xiàn)PGA是硬件編程，是軟件化的硬件。
用戶可以在FPGA上編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)特殊的硬件加速算法，比如精確指導(dǎo)武器上的地圖匹配算法，也可以通過編程模擬CPU的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如飛騰發(fā)布的64核服務(wù)器芯片“火星”的SPEC2006測(cè)試有可能就是用FPGA模擬的。
日前，京微雅格經(jīng)營(yíng)上遭遇困境在行業(yè)界引發(fā)不小的震動(dòng)。有媒體聲稱，該公司在拖欠員工兩個(gè)月的薪資后破產(chǎn)，更有媒體聲稱，京微雅格是“打著自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旗幟浪費(fèi)納稅人的錢，甚至被某些人中飽私囊”。而后，京微雅格發(fā)布消息，“公司在經(jīng)營(yíng)上發(fā)生了一定的困難，但是沒有出現(xiàn)公司倒閉的情況，核心管理團(tuán)隊(duì)依然堅(jiān)守崗位”。
本文想借此機(jī)會(huì)來探討下，究竟什么是FPGA？在FPGA市場(chǎng)需求旺盛的情境下，究竟是什么原因?qū)е略@得過核高基專項(xiàng)的京微雅格反而遭遇經(jīng)營(yíng)困境？
提到FPGA就不能不提ASIC，ASIC是一種數(shù)字芯片，用途廣泛，比如MP3解碼、視屏解碼等方面，前段時(shí)間伴隨著人工智能名聲大噪的寒武紀(jì)其實(shí)也是ASIC的一種。ASIC的優(yōu)點(diǎn)是通過固化的邏輯功能和大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，降低了芯片的成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品的可靠性。
但是，正是因?yàn)锳SIC具有針對(duì)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，導(dǎo)致在小批量、個(gè)性化的產(chǎn)品市場(chǎng)方面，其固化的邏輯功能無法滿足需求，因此，可編程的FPGA應(yīng)運(yùn)而生。
FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，也就是一個(gè)可以在其上編程的芯片，相對(duì)于CPU的編程（CPU功能既可軟件編程也可硬件編程，但CPU主要軟件編程），FPGA是硬件編程，是軟件化的硬件。用戶可以在FPGA上編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)特殊的硬件加速算法，比如精確指導(dǎo)武器上的地圖匹配算法，也可以通過編程模擬CPU的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如飛騰發(fā)布的64核服務(wù)器芯片“火星”的SPEC2006測(cè)試有可能就是用FPGA模擬的。
目前，全球FPGA芯片市場(chǎng)規(guī)模大約50億美元左右，近90%的市場(chǎng)被賽靈思和阿爾特拉占據(jù)，剩下的殘羹冷炙則被萊迪思和美高森美瓜分，這四家美國(guó)公司基本壟斷了FPGA市場(chǎng)的絕大部分市場(chǎng)份額。
自1984年賽靈思公司推出了第一片F(xiàn)PGA——XC2064，XC2064采用2微米工藝，包含64個(gè)邏輯模塊和85000個(gè)晶體管，門數(shù)量不超過1000個(gè)，以現(xiàn)在的眼光看，這個(gè)FPGA根本無用（現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)都能做到2000萬門），而在當(dāng)時(shí)來說亦是如此，只能在膠合邏輯領(lǐng)域尚存立錐之地。
直到1991年賽靈思公司推出XC4000系列FPGA后，賽靈思公司才真正走上商業(yè)化的正途，特別是FPGA可以為業(yè)界提供良好的測(cè)試能力得到了大家的青睞和認(rèn)可，而XC4000系列FPGA也成為在90年代賽靈思公司主要收入來源。
FPGA雙雄之一的Altera公司在賽靈思公司推出XC2064的同時(shí)，也推出了自己的EP300系列FPGA，在隨后的日子里與賽靈思公司一并稱雄。1998年，賽靈思公司推出 Virtex系列FPGA，不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了一次飛躍，還為公司帶來了頗為客觀的收入。隨后賽靈思并購了Philips CoolRunner，并在2000年實(shí)現(xiàn)收入突破10億美元。
在最近幾年，F(xiàn)PGA更是得到飛速發(fā)展，并逐漸形成“兩大兩小”的市場(chǎng)格局。
“兩大”是指賽靈思和Altera，“兩小”是指萊迪思和Actel。賽靈思和阿爾特拉著力于拼技術(shù)、拼工藝，其FPGA產(chǎn)品往往采用最先進(jìn)的工藝，并且將工藝的潛力挖得很透——賽靈思和阿爾特拉的FPGA已經(jīng)開始著手采用最先進(jìn)的1X nm工藝，相比之下，國(guó)內(nèi)FPGA廠商依舊在使用40nm/55nm工藝......
隨著上次競(jìng)爭(zhēng)加劇，美國(guó)半導(dǎo)體公司開始了一些列并購，F(xiàn)PGA市場(chǎng)也迎來一次局部巨變——美高森美收購Actel，Intel收購Altera。這使賽靈思能否繼續(xù)蟬聯(lián)業(yè)界老大的地位埋下了一絲變數(shù)。
相對(duì)于廣為人知的CPU，在軍用領(lǐng)域，龍芯、申威等自主CPU已經(jīng)鋪開，而國(guó)產(chǎn)DSP也局部軍用，待可靠性和穩(wěn)定性得到充分驗(yàn)證后即可鋪開。唯獨(dú)在PFGA領(lǐng)域，雖然低端FPGA國(guó)內(nèi)無論從事正向設(shè)計(jì)，還是從事反向設(shè)計(jì)的公司/單位都能滿足軍隊(duì)需求，但高端FPGA則基本需要進(jìn)口。
對(duì)中國(guó)毫無疑問是一個(gè)隱患——因?yàn)槿绻麤]有FPGA，90%以上的大型軍用電子設(shè)備將難以發(fā)揮作用！
以相位控制電子掃描陣列雷達(dá)（相控陣?yán)走_(dá)）為例，一個(gè)大型相控陣?yán)走_(dá)有幾千個(gè)TR組件（看不懂沒關(guān)系，知道它是雷達(dá)的一個(gè)極為關(guān)鍵的部件就行），幾個(gè)TR組件組成一個(gè)小的處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，而每個(gè)單元就含一個(gè)FPGA芯片。而如果沒有FPGA，相控陣?yán)走_(dá)將成為一個(gè)擺設(shè)。
相對(duì)于民間擁有大量庫存的PC和服務(wù)器CPU，一些高端FPGA僅僅用于軍事等特殊領(lǐng)域，因而民間鮮有庫存，而且一片幾萬元的價(jià)格，過高的渠道積壓成本使渠道商也很少去儲(chǔ)備。
如果要去正常訂貨，光訂貨發(fā)貨周期就要幾個(gè)月。即便向第三國(guó)購買，和中國(guó)關(guān)系較好的亞非拉兄弟國(guó)家根本不存在高端FPGA的市場(chǎng)需求，而有庫存的全是和美國(guó)站在同一戰(zhàn)壕的西方國(guó)家，可以設(shè)想，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，在現(xiàn)有庫存快速消耗的情況下，將嚴(yán)重影響高精尖武器和信息化裝備的補(bǔ)充。
（網(wǎng)傳該圖為J10相控陣?yán)走_(dá)）
| FPGA需求旺盛，京微雅格卻為何遭遇困境？
曾獲得過核高基專項(xiàng)的京微雅格，是否在騙取經(jīng)費(fèi)？
2003年，京微雅格的前身雅格羅技在美國(guó)硅谷創(chuàng)立，2005年與清華大學(xué)合作遷至北京，2010年京微雅格(北京)科技有限公司成立。在起步之處，由于賽靈思和阿爾特拉占據(jù)了超過90%的市場(chǎng)份額，并和萊迪思、美高森美等公司用近9000項(xiàng)專利構(gòu)筑的知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，很大程度上堵死了后來者追趕的道路。京微雅格最初就因?yàn)閷＠拗茙缀醮绮诫y行，只好另辟蹊徑——購買了美國(guó)CSwitch公司，以收購獲得的專利，加上一些FPGA廠商的部分到期專利為基礎(chǔ)，并最終成功開發(fā)出了自己的Tile架構(gòu)。
2011年，在做了數(shù)年技術(shù)積累后，京微雅格走上商業(yè)化道路，當(dāng)年?duì)I業(yè)收入為129萬元人民幣，2012年?duì)I業(yè)收入達(dá)305萬人民幣。在2014年和2015年1-10月，京微雅格營(yíng)業(yè)收入為708.32萬元和692.46萬元。
目前，京微雅格共申請(qǐng)了200多項(xiàng)專利，并擁有90多項(xiàng)已授權(quán)專利。共開發(fā)了“山”、“河”、“星”、“云”四大系列產(chǎn)品，其中于今年年初發(fā)布的CME-C1采用臺(tái)積電的40nm CMOS工藝，容量達(dá)2000萬門級(jí)別，按照京微雅格的PPT，CME-C1的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是賽靈思的kintex7、Virtex-6，而且在局部性能上，京微雅格還具有優(yōu)勢(shì)，比如CME-C1的LVDS達(dá)到1.3G，Virtex-6是800M，在比如CME-C1的Serdes達(dá)10G，而Virtex-6是6.5G。
根據(jù)京微雅格的提供的數(shù)據(jù)，CME-C1基本達(dá)到了國(guó)外中低端FPGA產(chǎn)品的性能，可以局部替換國(guó)外同類型產(chǎn)品。雖然京微雅格和賽靈思、阿爾特拉等國(guó)外巨頭差距較大，但在國(guó)內(nèi)從事FPGA開發(fā)的公司中無疑是佼佼者，處于領(lǐng)先地位。
因此，有媒體聲稱京微雅格是嚴(yán)重依賴政府經(jīng)費(fèi)的公司，并且是“打著自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旗幟浪費(fèi)納稅人的錢，甚至被某些人中飽私囊?！?/p>
筆者認(rèn)為這種指控未免太過誅心，在任何一個(gè)高度技術(shù)壟斷的行業(yè)，后來者要想打破前者的壟斷，很大程度上需要政府的扶持，即便是高端大氣上檔次的美國(guó)科技公司，為了打破中國(guó)對(duì)KBBF晶體的技術(shù)壟斷，也是由美國(guó)政府出資（啟動(dòng)資金為15萬，后多次追加，美官方披露數(shù)據(jù)為“數(shù)百萬美元”），由美國(guó)APC公司（聯(lián)邦國(guó)有企業(yè)）與克萊門森大學(xué)合作研發(fā)，耗時(shí)6年才完成技術(shù)突破。
與此同時(shí)，中國(guó)已完成第二代晶體材料RABF的研發(fā)工作，估計(jì)美國(guó)若要打破中國(guó)對(duì)RABF晶體的技術(shù)壟斷，還必須是依靠聯(lián)邦政府出資。
另外，京微雅格確實(shí)拿出了實(shí)打?qū)嵉募夹g(shù)成果，和漢芯之流如云泥之別，所謂騙經(jīng)費(fèi)指控恐怕并不妥當(dāng)。
京微雅格陷入困局的原因究竟是什么？
在過去十多年里，Intel、IBM、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星等60多家公司曾試圖涉足FPGA領(lǐng)域，但紛紛遭致慘敗。這其中的原因就在于進(jìn)入門檻高，主要有以下幾點(diǎn)原因：
首先是專利技術(shù)壁壘。賽靈思、阿爾特拉、萊迪思、美高森美等公司用近9000項(xiàng)專利構(gòu)筑的知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，很大程度上堵死了后來者追趕的道路。即便是強(qiáng)如Intel，最后也是以耗資167億美元收購阿爾特拉獲得了FPGA領(lǐng)域的入場(chǎng)券。
其次是市場(chǎng)相對(duì)偏小。全球FPGA市場(chǎng)總額僅為50億美元，而Intel在2015年第四季度的營(yíng)業(yè)收入就達(dá)149億美元，相對(duì)偏小的市場(chǎng)份額很難養(yǎng)活太多的大公司，必然導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，僅僅少數(shù)佼佼者才能屹立不倒。
最后是領(lǐng)導(dǎo)對(duì)FPGA不夠重視。從最近的新聞看，國(guó)家對(duì)CPU、存儲(chǔ)芯片等投入了大量資金，但對(duì)FPGA的投入則非常少，最大的動(dòng)作僅僅是紫光收購萊迪思6.07%的股權(quán)。京微雅格在承接2014年國(guó)家科技重大專項(xiàng)FPGA研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用課題時(shí)，獲得了4.5億元人民幣的資金，但其中國(guó)家撥款、地方資金和企業(yè)自籌經(jīng)費(fèi)也是按1:1:1配套的，而非全部國(guó)家經(jīng)費(fèi)投入。
FPGA技術(shù)門檻極高，用途非常廣泛，可以用于航天、航空、電子、通信、導(dǎo)彈、雷達(dá)、高端波束形成系統(tǒng)等國(guó)防領(lǐng)域。比如，在2013年，美國(guó)軍事與航空電子網(wǎng)就曾報(bào)道美國(guó)國(guó)防后勤局（DLA）的官員計(jì)劃采購一批XC2V2000 Virtex-2型現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，用于監(jiān)視、偵察和火控系統(tǒng)中紅外傳感器的數(shù)據(jù)處理。再比如國(guó)內(nèi)一些公司和科研院所專門設(shè)計(jì)供航天以及軍隊(duì)所需的FPGA。此外，F(xiàn)PGA也可被用于醫(yī)療設(shè)備，比如超聲波檢測(cè)儀、CT掃描儀、核磁共振、x射線設(shè)備等。FPGA還能被用于消費(fèi)品電子、汽車電子、機(jī)器人、數(shù)據(jù)挖掘、工控等領(lǐng)域。
隨著機(jī)器人、無人機(jī)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、5G通信的興起，F(xiàn)PGA的市場(chǎng)前景會(huì)越來越廣，據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)，從2014年到2023年，F(xiàn)PGA的年均增長(zhǎng)率達(dá)7%。因此，雖然FPGA市場(chǎng)相對(duì)于CPU市場(chǎng)而言，依舊會(huì)是相對(duì)小眾的市場(chǎng)，但市場(chǎng)前景在未來會(huì)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)狀態(tài)。（編輯：小芹菜）
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