从RISC-V出发,国产FPGA的另辟蹊径

黄山明
中国FPGA市场的高增长,得益于5G、AI、智能汽车等行业的共同驱动,同时加上近段时间全球供应链失衡,国产FPGA得以进入到众多厂商的供应列表当中。

本文来自微信公众号“电子发烧友网”,作者/黄山明。

FPGA,即现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array),是为了解决定制电路不足,同时客户原有可编辑器件门电路数有限的缺点。并且与传统模式的芯片设计相比,FPGA芯片并非单纯局限在研究及芯片设计,更多是考虑适应多领域的芯片模型并予以优化设计。也是因为其特性,FPGA成为四大高端逻辑芯片(分别为GPU、DSP、存储器、FPGA)之一,而今国内已有许多企业深耕这一领域。

从市场来看,据调研机构Frost&Sullivan报告显示,预计全球FPGA需求将从2021年68.6亿美元增长为2025年的125.8亿美元,年均复合增长率为16.4%。中国FPGA市场将从2020年的150.3亿元人民币增长至332.2亿元人民币,年均复合增长率达到23.1%。

FPGA市场高速增长

中国FPGA市场的高增长,得益于5G、AI、智能汽车等行业的共同驱动,同时加上近段时间全球供应链失衡,国产FPGA得以进入到众多厂商的供应列表当中。

为了探究国产FPGA的发展情况,电子发烧友网采访了一家国内FPGA赛道的新进玩家,易灵思(深圳)科技有限公司(以下简称易灵思)。作为专注于FPGA芯片的公司,易灵思核心团队成员来自赛灵思、英特尔与Microsemi等科技公司早期的专家和管理团队。

据易灵思商务拓展经理杜宁透露,最近三年,易灵思生意规模每年按照三倍增长,一方面源于易灵思团队及合作伙伴在渠道推广上多年的经验积累,其次在缺货的环境下,易灵思以充足的备货把握住了市场空白进行替代的契机,再次是国内客户本身有国产替代的需求,这也给易灵思带来了更多的机会。当然,易灵思产品自身的架构与质量优势更是公司飞速发展的加速器。

光从订单来看,目前所接下的订单已经达到2021年的三倍,因此预计2022年的营收也将达到2021年的三倍左右。并且下游厂商不仅仅只是短期的采购行为,许多客户已经与国内很多客户达成了长期合作协议。

在业务上,易灵思第一大业务集中在图像领域,如工业视觉及一些显示LED,其次为工业控制等,包括伺服驱动、PLC等工业产品,其他的还有如汽车领域等应用。

从业务增速来看,发展最快的还是在监控领域,尤其是许多工业设计中的监控设备,如厂区监控,用来及时处理突发情况等,其他如安防监控,街道、小区中的监控都可以算入其中,整个视觉行业正在快速发展。

RISC-V与Arm的选择

值得注意的一点是,易灵思是全球第一家商用RISC-V的FPGA厂家。杜宁表示,这是因为当前RISC-V技术演进较快,同时生态也更加完善,并且相比于Arm,RISC-V是完全开源的架构,风险更低。

杜宁认为,Arm需要授权,因此也容易受到限制。而在技术上,尽管Arm多用于移动端、IoT等设备中,但如今Arm的指令集已经变得非常复杂,这就导致用户使用时负担很大。如果采用RISC-V,指令集是精简且自定义的,在技术上具备较大优势。

所以从40nm Trion系列FPGA开始,易灵思便支持嵌入式RISC-V软核,并且支持全流程的开发工具。相信能够帮助客户快速上手,实现FPGA和RISC-V的设计需求。

在代工选择上,易灵思致力于将全部产业链置于国内。40nm Trion系列的晶圆在中芯国际(北京)代工,而封测则选择在上海Amkor。随着更丰富的产品规划,易灵思也有意在国内的台积电的16nm或中芯国际的14nm上陆续推出新的产品。

没有考虑28nm,是因为中芯国际在28nm上的产能非常紧张,这是由于高端国产芯片大部分都集中在这个工艺制程上。而另一方面台积电28nm产能也不好,大多数产能都给到7nm等先进制程,因为这些更加先进的工艺制程的利润更大。

做到全系国产替代

在产品规划上,易灵思与传统的FPGA巨头一样,在同一个工艺节点会产出不同逻辑规模的产品,一来是削减边际成本,二来是为客户提供更平滑的升级切换选择。比如在40nm上,就拥有22个产品,涵盖4k至120k,而在16nm已经有5个产品正在量产中。

因此在国产替代这一块,杜宁表示,目前该公司的40nm产品已经可以替代赛灵思的45nm产品。除了可以一次性满足用户全部需求,并且给予客户技术升级的可能。

并且,易灵思的FPGA芯片的功耗还能做得更有优势。一方面由于架构原因,让芯片的尺寸做得更小,从而节省了晶体管的数量;其次是芯片中使用的金属层较少,也大大减少了电流损耗。

从布局来看,未来视觉领域将成为国产FPGA的重点,视觉行业玩家众多,并且技术并不固定,适合FPGA发挥其本身可编程的优势。

杜宁表示,以相机为例,即便是索尼将一款相机卖到上千万的销量,也不可能不开发新的产品,在摄影技术上添加新的功能。而这些新功能通过FPGA可以较为方便的添加,如果选用ASIC,如果销量不好,对于厂商而言将是一个巨大的损失。

因此视觉行业对于芯片的要求是灵活、可配置的。FPGA正好契合,这也是未来国产FPGA不可错过的市场。

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