新基建是數字技術(shù)的基礎設施，具有發(fā)展速度快、技術(shù)含量高等特點(diǎn)，隨著(zhù)新技術(shù)新應用層出不窮，其對計算、架構、協(xié)議、接口的動(dòng)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(mǎn)足高新技術(shù)對于計算和連接的需求。那么，新基建將為FPGA帶來(lái)哪些市場(chǎng)增量？又將提出怎樣的技術(shù)挑戰？我國FPGA企業(yè)該如何抓住新基建帶來(lái)的發(fā)展機遇？

新基建將大幅拉動(dòng)FPGA新需求

新基建是以技術(shù)創(chuàng )新和信息網(wǎng)絡(luò )為基礎，來(lái)推動(dòng)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(dòng)效應下，FPGA用量勢必會(huì )迎來(lái)大幅度提升。在技術(shù)創(chuàng )新方面，靈活可編程的FPGA被公認為原型設計和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵器件，非常契合5G、人工智能、數據中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興應用場(chǎng)景。而特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車(chē)等場(chǎng)景，普遍面臨著(zhù)連接和數字化轉型挑戰，對于運算效率、數據安全性、時(shí)延等性能要求更高。FPGA憑借強大的并行計算能力，能夠滿(mǎn)足多樣化及邊緣化數據處理的需求?！弊瞎馔瑒?chuàng )市場(chǎng)總監呂喆向《中國電子報》記者指出。

工信部最新統計顯示，我國5G基站以每周新增1萬(wàn)多個(gè)的速度在增長(cháng)，預計今年年底，我國5G基站的建設將超過(guò)60萬(wàn)個(gè)。而通信行業(yè)正是國產(chǎn)FPGA最主要的應用場(chǎng)景，占比高達35%。5G基站的激增，將帶動(dòng)FPGA用量的快速提升。

呂喆表示，5G基站主要從三個(gè)方面為FPGA帶來(lái)市場(chǎng)增量。一是5G商用初期，各設備廠(chǎng)家為了搶占產(chǎn)品和技術(shù)的制高點(diǎn)，在標準還未凍結之前就推出原型樣機或小批量生產(chǎn)，這只有通過(guò)可靈活編程的FPGA才能實(shí)現。二是在5G網(wǎng)絡(luò )的很多應用場(chǎng)景中，FPGA是不可替代的。比如，5G通信的MIMO天線(xiàn)陣列和波束成形技術(shù)的出現，需要大量信號并行處理，FPGA是解決這類(lèi)需求的最理想的解決方案。三是5G時(shí)代在宏基站的基礎上，也可能會(huì )出現更多形態(tài)的微基站，推動(dòng)形成了FPGA的增量市場(chǎng)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)場(chǎng)景對FPGA的需求也在日益提升。據賽迪顧問(wèn)預測，2022年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規模將達到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(lǐng)域發(fā)揮作用。

“未來(lái)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將把當前工業(yè)網(wǎng)絡(luò )中存在的數百種不同協(xié)議統一起來(lái)，實(shí)現互聯(lián)互通，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的靈活性和硬實(shí)時(shí)性要求的逐漸演進(jìn)過(guò)程中，非常適合用FPGA來(lái)做核心控制器件，以實(shí)現控制通信協(xié)議轉換、接口控制、傳感器數據融合?！卑猜房萍几笨偛藐惱庀颉吨袊娮訄蟆繁硎?。

數據中心、人工智能等高性能計算領(lǐng)域，也是FPGA的重要市場(chǎng)。目前，全球數據中心對加速器的市場(chǎng)需求超過(guò)百億美元。市場(chǎng)調研公司Semico Research預測，人工智能應用中FPGA的市場(chǎng)規模將在2019—2023年增長(cháng)3倍，達到52億美元。

“人工智能、云計算、區塊鏈、數據中心、智能計算中心等主要解決的是計算問(wèn)題，FPGA在數據中心加速、人工智能加速、區塊鏈處理等領(lǐng)域應用越來(lái)越多，FPGA集成多核處理器、AI計算單元、NOC（片上網(wǎng)絡(luò )）等計算加速部件，未來(lái)會(huì )形成非常有競爭力的異構計算平臺，成為通用計算領(lǐng)域的重要組成?！标惱庹f(shuō)。

在新能源汽車(chē)、自動(dòng)駕駛等車(chē)用領(lǐng)域，采用FPGA的異構計算平臺將提升自動(dòng)駕駛平臺的靈活性和擴展性，實(shí)現從邊緣傳感器到域控制器的可擴展性，并提供動(dòng)態(tài)重編程能力，降低系統成本與損耗。目前FPGA龍頭賽靈思大約有7000萬(wàn)顆汽車(chē)芯片用于A(yíng)DAS中。

“汽車(chē)行業(yè)正在面臨著(zhù)一些革命性的演進(jìn)，最受關(guān)注的演進(jìn)就是智能駕駛從ADAS在逐漸向全面自動(dòng)駕駛持續演進(jìn)。傳感器數量的增多勢必會(huì )帶來(lái)爆炸式的數據增長(cháng)，這就需要汽車(chē)具備強大的異構計算平臺，能夠處理不同來(lái)源的數據，將多傳感器同步和融合所帶來(lái)的系統整體響應時(shí)間大大縮短?！? 賽靈思大中華區核心市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展總監酆毅向《中國電子報》記者指出。

新基建對FPGA性能提出新挑戰

在新基建的背景下，信息化升級將會(huì )催生越來(lái)越多的應用場(chǎng)景，這對于FPGA的性能指標和架構創(chuàng )新都提出了挑戰。對更大規模、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(wǎng)等應用，則為多核異構FPGA系統在邊緣計算場(chǎng)景下提供了大量的應用機會(huì )?！眳螁凑f(shuō)。

陳利光表示，當前FPGA技術(shù)主要向7nm以下最先進(jìn)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(wǎng)的SoC FPGA，以及協(xié)同邏輯陣列、處理器、DSP、專(zhuān)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(lái)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(mǎn)足新應用環(huán)境下提出的各類(lèi)需求，FPGA需要采用異構架構，同時(shí)兼顧到能耗、性能和成本的要求。

“FPGA已經(jīng)由單一可編程芯片技術(shù)方案向多核異構處理平臺型技術(shù)方案過(guò)渡，實(shí)現‘軟件定義硬件，硬件適配生態(tài)’的新局面?！蓖鹾Ａφf(shuō)。

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(chǎn)品。賽靈思推出的ACAP， 在傳統FPGA片上互聯(lián)技術(shù)的基礎上，采用了NoC實(shí)現CPU、FPGA和AI引擎之間的互聯(lián)，速度較傳統FPGA有著(zhù)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(wǎng)絡(luò )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(wú)法滿(mǎn)足越來(lái)越多樣的開(kāi)發(fā)需求，伴隨工藝的進(jìn)步，FPGA也打破了傳統的應用邊界，除以往的航天、通信、消費電子、工控等應用領(lǐng)域，還進(jìn)入到AI、數據中心、視頻處理、自動(dòng)駕駛、5G等新興領(lǐng)域，而FPGA也通過(guò)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(guān)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(lái)自AI、自動(dòng)駕駛、智慧城市等來(lái)自新基建行業(yè)的人才。產(chǎn)品策略方面，企業(yè)應該更偏向于應用層面的開(kāi)發(fā)，更貼近客戶(hù)需求，更多采用行業(yè)通用的開(kāi)發(fā)模式，通過(guò)更友好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，滿(mǎn)足更多的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求?！? 酆毅說(shuō)。

我國FPGA產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展通道

目前，我國FPGA產(chǎn)業(yè)鏈在設計、制造、封測環(huán)節均有所布局，在中低端市場(chǎng)形成了一定的生產(chǎn)和供應能力。但是，我國FPGA產(chǎn)品主要集中在中小規模器件，在“新基建”多個(gè)領(lǐng)域所需的高端產(chǎn)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(chǎn)能力上取得進(jìn)一步的突破。

王海力向《中國電子報》記者表示，我國FPGA產(chǎn)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(chǎn)能力、軟件EDA工具、應用開(kāi)發(fā)等，與國外廠(chǎng)商有較大的差距。但從近幾年產(chǎn)業(yè)發(fā)展的態(tài)勢來(lái)看，我國FPGA已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)快速發(fā)展的軌道。即使在同規格的FPGA產(chǎn)品指標對比上，國內FPGA公司的一些產(chǎn)品還做到了領(lǐng)先。

“我國FPGA在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的研發(fā)、生產(chǎn)與供應有一定的基礎和保障，其產(chǎn)品也比較容易進(jìn)行適配。但是5G、人工智能、數據中心及汽車(chē)電子對FPGA的技術(shù)要求更為高端嚴苛，國產(chǎn)FPGA在供應能力上仍有差距。隨著(zhù)國內FPGA廠(chǎng)商近幾年對中高端FPGA產(chǎn)品的持續研發(fā)，這種局面在未來(lái)兩三年會(huì )得到一定改善。應該利用好新基建給不同應用領(lǐng)域帶來(lái)的發(fā)展契機，以及在技術(shù)上提出的新需求，夯實(shí)FPGA在新基建不同行業(yè)的植入基礎?！蓖鹾Ａφf(shuō)。

面對新基建的市場(chǎng)增量和技術(shù)要求，我國企業(yè)該如何抓住機遇，實(shí)現能力提升與市場(chǎng)拓展？

呂喆表示，對于國內FPGA產(chǎn)業(yè)鏈而言，首要的問(wèn)題仍是高端器件的突破，以此為基礎才能進(jìn)一步拓展應用領(lǐng)域，服務(wù)于新基建帶來(lái)的數字化、智能化升級。要進(jìn)一步提升國內FPGA產(chǎn)業(yè)鏈水平，一方面要推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游更緊密的合作，加強上游供應鏈中流片廠(chǎng)、測試和封裝企業(yè)對FPGA設計公司的重點(diǎn)支持，與FPGA企業(yè)共同完成系統驗證、量產(chǎn)催熟和產(chǎn)品方案迭代，實(shí)現產(chǎn)業(yè)化；另一方面，要打通和搭建學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的交流通道和平臺，建立創(chuàng )新中心，加速產(chǎn)學(xué)研良性循環(huán)，為FPGA未來(lái)技術(shù)體系創(chuàng )新提供理論和學(xué)術(shù)支撐；同時(shí)，要出臺相應政策吸引并留住高層次FPGA人才，建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，營(yíng)造和培養FPGA的硬件、軟件和IP生態(tài)。

賽迪顧問(wèn)高級分析師李秧向記者指出，FPGA技術(shù)門(mén)檻很高，國內FPGA廠(chǎng)商要加大研發(fā)、人才投入，完善產(chǎn)品線(xiàn)，滿(mǎn)足中低端 FPGA的市場(chǎng)需要，又要致力于高性能、高品質(zhì)的FPGA的研發(fā)，補齊從EDA到高端制造、高端封測的產(chǎn)業(yè)鏈條，形成品牌效應及穩定的客戶(hù)關(guān)系，真正提升品牌競爭力。國內 FPGA廠(chǎng)商要形成產(chǎn)業(yè)集聚和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，從而降低成本，為下游客戶(hù)提供更好的產(chǎn)品服務(wù)。

王海力表示，國內FPGA企業(yè)應該繼續腳踏實(shí)地做好基礎研發(fā)，包括核心架構設計、EDA軟件工具的開(kāi)發(fā)，完善面向應用實(shí)現的知識產(chǎn)權庫IP，逐步從低端FPGA產(chǎn)品向高端FPGA產(chǎn)品過(guò)渡。在深入了解客戶(hù)需求的情況下，在每一個(gè)工藝節點(diǎn)上建立好高品質(zhì)交付的FPGA產(chǎn)品線(xiàn)。在培養關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)人才的同時(shí)，也要大量培養圍繞FPGA應用開(kāi)發(fā)生態(tài)的人才隊伍，建立好產(chǎn)學(xué)研用緊密結合的人才梯隊。

來(lái)源：中國電子報