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[原创] 国产FPGA的一匹黑马:高云半导体推新品对标Xilinx

半导体行业观察 ·2017-11-03 11:01·半导体行业观察
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在人工智能和服务器需求的推动,FPGA彻底火了。


这种由Xilinx的共同创始人Ross Freeman在1985年发明的产品是一个新的芯片种类。跟传统的ASIC相比,它拥有设计快速、内部逻辑可反复“修改”等特点。面向新兴市场之时,能够明显降低试错成本,提高开发效率,这让它们在现在通信、人工智能、工业和汽车电子等应用迅速崛起的时代倍受欢迎。


火热FPGA背后,市场被国外垄断

数据显示,FPGA将在未来几年维持更高的增长率,尤其是在消耗量极大的亚洲市场,它的成长速度更是惊人。据Global Market Insights的数据显示,到2022年,光亚洲地区的FPGA市场规模就能突破40亿美元,其中大部分都被通信消耗掉。但和大部分的半导体产品一样,在这个热闹的大市场背后,却几乎见不到中国厂商的身影。


亚太区FPGA市场增长率预测


美国专业半导体媒体EETIMES年初在一篇相关报道中指出:根据他们预估,2016年的FPGA出货量可达到41亿美元,来自美国的Xilinx、Altera(已被Intel收购)、Microsemi和Lattice四家厂商占领了全球99%的FPGA出货量,包括中国厂商在内的其他厂商只能争夺剩下1%的市场。尤其是中国,在和美国的这些先进厂商比,差距更是明显。


造成这些结果的原因与我们的基础水平息息相关:由于FPGA的工艺制程新、设计门槛高;再加上资金投入大和技术人才缺。多方面因素影响,提高了FPGA的准入门槛。


在一些低端的民用消费级的FPGA市场,因为所支持的终端产品的影响力有限,并没受到太多的进口限制。但去到一些高端的应用中,外国的限制加上安全考虑,如何打造自有的FPGA产品,就成为了中国半导体人的心头之痛。


高云横空出世看,一跃成为国产FPGA领导者

为了实现国产FPGA的零的突破,一代又一代的中国半导体人前赴后继地投入这个产业, 进入了最近几年,终于到了开始收获的季节。无论是来自深圳的国字头公司;还是来自上海的民营企业。他们的进步吹响了中国FPGA前进的号角。在这些FPGA厂商中,来自广东佛山的高云半导体是相对低调的一个。


高云密集发布芯片,稳步进入细分市场


哪怕是国内半导体如此火热,但成立于2014年1月的他们并没有在媒体大肆宣传,而是潜心地做产品。日前,高云举办了一场之前难得一见的媒体发布会。会上高云的CEO朱璟辉透露,在过去三年里,他们已经先后推出了晨熙、小蜜蜂两个家族、4个系列的FPGA产品,产品涵盖了11个型号、50多种封装的芯片。公司客户也从零发展到现在的200多家,累积出货量到明年春节前后就会突破200万。


预计春节前累计销量可突破200万片


能获得这样的成绩,与高云深厚的技术团队和研发方向的坚持有关,朱璟辉强调。


据朱总介绍,高云拥有一支当前国内最好的FPGA技术开发团队,团队成员在FPGA领域拥有相当丰富的经验。他认为,对FPGA的了解保证了他们产品开发方向的正确性和成功率。而这对一个FPGA厂商来说非常重要。他甚至举了一个例子说明理解FPGA对开发FPGA的重要性。


朱总告诉半导体行业观察记者,美国的FPGA供应商Lattice在成立早期一直都是CPLD供应商,为了进入FPGA这个新兴市场,他们选择通过收购公司获取技术的方式,但早期的几单交易一直没获得想要的结果,直到收购了Agere systems的FPGA部门之后,才算真正摸清了FPGA的门道。这从侧面说明了FPGA的开发之难。高云的团队拥有丰富的FPGA开发经验,也历任知名FPGA供应商。站立在巨人的肩膀上,正是他们能够在这几年取得突飞猛进成绩的原因。


“除了团队之外,我们坚持对FPGA的正向研发,是保持我们竞争力的另一个方面”,朱璟辉强调。而所谓的正向研发,是指自己从零开始,定义并打造真正属于的芯片。

在中国集成电路产业发展早期,由于基础薄弱,我们经常选择的一种产品开发方式是反向开发,也就是拿现成的先进产品进行所谓的“剖解学习”。由于这些产品开发是经过知名厂商验证的,无论是线路或者是应用,基本上都没什么问题,这带给国内开发者的风险也不大。但无论是从版权还是其他方面看,这对于国内半导体产业来说,也是倍受非议。高云则选择了正确的、从零开始的正向研发。


朱总表示,选择这样的道路一定会面临多样的挑战,例如持续的资金投入、巨大的设计难度还有残酷的市场竞争,在更大风险投入的同时,给他们带来了更高的收益。除了能够带来更多的自主知识产权以外,还能更好地定义产品,尤其是当他们有个团队常驻硅谷,了解业界最新发展趋势和需求之后,就能更好地帮助产品攀在上一个新台阶。


高云拥有的核心自主知识产权


除了硬件外,软件方面的实力也是高云能够高速发展的根本。


高云拥有自主知识产权EDA开发软件—云源软件,而目前这个软件也已经更新至1.7.9版本。在软件内嵌入了经Synopsys正规授权的Synplify Pro,能够支持Verilog、VHDL等语言的混合编程。加上内嵌丰富的设计辅助工具与硬件调试工具,可以帮助开发者完成FPGA开发过程中综合、布局、布线及产生比特流等一站式工作,生成高质量的编译结果,满足高、中、低密度FPGA的开发需要。


而为了加速用户产品研发,方便用户创新设计,高云半导体还推出了自主产权软核集,囊括了多种总线接口IP、高速DDR接口IP、MIPI接口IP、LVDS LCD控制器、嵌入式内存控制器等IP软核。


软硬实力的配合,是高云抢占市场的一套极具实力的组合拳。


新FPGA搅动市场,叫板Xilinx

发展良好的高云日前在其举办的的媒体会上一口气带来了三系列的产品更新。除了常规性地更新小蜜蜂家族外。高云还在会上带来了其首款SoC FPGA,搅动已经杀得头破血流的MCU市场;再加上国产首款28nm中高密度FPGA带来的震撼。从某个角度看,这些里程碑式的产品无疑给相对平静的国产FPGA产业带来了一管强心针。


会上最先亮相的是小蜜蜂家族的GW1N/GW1NR系列。


高云CEO朱璟辉告诉半导体行业观察记者,GW1NR系列集成了高云半导体首创的可随机访问的用户闪存模块,是嵌入式用户存储器方面国际首创的非易失性FPGA器件。这些新产品能有效拓广高云小蜜蜂家族的应用范围,除了可满足传统通信、工业控制、视频监控等领域的应用需求外,还为消费类行业客户提供了更多的选择。


“这些低密度非易失性FPGA已经完全取代了传统的CPLD,且已成为低密度FPGA市场的绝对主力。每年约有5亿美元的市场销售额,高云在其中看到了很多的机会”,朱总表示。


其次就来到了最新发布的GW1NS系列中的首款SoC FPGA 。


GW1NS系列选型表


往FPGA上嵌入内核已经不是什么新鲜事。纵观市场,往FPGA里嵌入DSP/SERDES模块已经成功抢占很多DSP/SERDES的市场。考虑到目前类似ARM 的Cortex-M系列MCU的IP授权比较开放。考虑到两者的特性,这种结合不但提高了性能,更加提升了芯片产品的灵活性,于是FPGA厂商一直往SoC FPGA方向尝试,提高FPGA的竞争力,进一步扩展应用市场的范围。高云也成为国内SoC FPGA的一个新玩家。


根据朱璟辉介绍,他们这系列产品中的GW1NS-2 内嵌了FPGA + Cortex-M3 + MIPI + USB + ADC等组件,不但延续了小蜜蜂系列的优势,还可以凭借这个ARM核的影响力,切入传统的MCU市场。


GW1NS-2的内部构造


我们知道,在ARM IP授权的支持下,现在的MCU市场几乎是一片红海,高性能的32位MCU的杀价能力,足以让其他相关竞争者胆寒。但在这种情况下,高云却毅然杀入这个领域,背后的逻辑是什么?


在问到这个问题的时候,高云CEO朱璟辉告诉半导体行业观察的记者:从市场容量上看,MCU的市场是FPGA市场的20多倍。庞大的市场容量是吸引他们进入这个市场的首要原因;其次,凭借FPGA+ARM的优势,他们的产品拥有传统MCU所不具备的性能和灵活性,能够在一些覆盖一些传统MCU无法企及的市场。


FPGA和MCU市场对比


再次,可对标Xilinx K7的国产首款28nm中高密度FPGA GW3AT-100更是这次发布会上的重中之重。


在前文我们提到,FPGA市场几乎被美国的厂商垄断,早前国内基金收购Lattice的计划再次被否定,对于国内的厂商来说,这是一个机遇,也是一个挑战。机遇在于收购这条道路不通,我们就需要自主研发真正属于我们自己的FPGA芯片,随之而来的挑战就是其他巨头在上面的领先,是我们难以短期追上的。这次高云对标产品的面世,给国产FPGA厂商和OEM厂商带来了更大的信心。


据朱璟辉介绍,这颗采用台积电28nm工艺制造的芯片优化了FPGA Fabric速度和功耗,并且支持PCIe 2.0/5Gbps、XAUI/3.125Gbps、RXAUI/6.25Gbps、CEI-6G/6.25Gbps和自定协议/250M-6.8Gbps等多种协议,另外还有支持x1、x2、x4、x8和Root Poot/ Endpoint多种协议的PCIe2.0硬核。这些特性让这款产品能够应用到无线微小基站、机器视觉、智能工业、并行运算和深度学习在内的多种领域。


GW3AT-100: FPGA Fabric + SerDes


在问到Xilinx K7成本已经那么成熟,且价格不高的情况下,为什么还选择对标这类产品。朱璟辉表示。这类产品的存在,首先是体现了自主可控的需求;其次,他们也从华为等厂商中看到了国产取代的机会。在这里,朱总还表达了一个观点,那就是希望大家对国产产品多点宽容。


朱璟辉表示,过去国内终端厂商在碰到产品问题的时候,如果根源出在国产元器件上,某些厂商和大众的观点就是先怪这是一个国产品牌,再回到产品本身问题上。朱总认为这种态度对于国产厂商是不公平的。他指出,国内的厂商现在正在努力提高自己的产品质量,并在服务上做到了尽善尽美,希望国产厂商能够改变他们的观点。


引入RISC-V,布局未来

在给产品带来了一些显而易见的提升外,高云还计划在2018年Q2给其FPGA芯片带来RISC-V软核的嵌入。RISC-V作为一款开源的精简指令集架构,可以让开发者用极小的代价定制出低成本、高性能的SoC。考虑到其多种优势,高云的这个决定为他们的FPGA未来埋下了一个机会。


RISC-V的优势


除了引入新内核,对于市场布局有着长远目光的高云也敲定未来三年的发展路线图。从其路线图我们可以看到,他们将会在2020年后带来10nm的高密度FPGA产品,如果一切顺利的话,届时的国产FPGA就不再是低端的代名词。


高云产品研发路标


文/半导体行业观察 李寿鹏


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1443期内容,欢迎关注。

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