FPGA未来几年的发展趋势及发展机遇

简介:

FPGA是一个技术密集型的行业,没有坚实的技术功底,很难形成有竞争力的产品。

从技术上来看FPGA未来的发展,至少在几年内还是遵循摩尔定律的规则,工艺不断升级,目前xilinx 16nm工艺的FPGA已经成熟商用,altera被Intel收购后逐步会切到Intel的工艺上面来,现在也推出基于Intel 14nm工艺的Stratix 10等高端芯片。xilinx下一代产品会升级到7nm,重点应该还是瞄准通信和可能出现的新兴行业如大数据处理等。可以预见的是,未来5年内工艺升级仍然是FPGA发展的主要方向。

其次,要符合未来行业的应用。FPGA市场定位一定是以下游产业发展趋势为依据的。在过去十几年中,xilinx和altera、lattice等公司最重视华为、中兴、爱立信等公司的需求,因为FPGA在通信行业的市场占据了他们营收的半壁江山,所以这些年FPGA公司的Marketing相对来说是比较好做的。曾经有一次lattice的全球Marketing VP 来我这里进行市场需求搜集,说这场会议是他最重视的,虽有恭维之词,但我们确实给lattice创造了在他们公司单一芯片最大销量的记录。FPGA下一个应用热点,一定还是通信,从4G过度到5G,5G初期的量会很大,中后期逐步被ASIC化。另外可能大数据也会起来,毕竟FPGA协同CPU进行数据处理已经在多家大公司得到了验证,微软bing团队用于搜索引擎处理的著名论文更是让业界认同FPGA在数据处理中的优势,后面是逐步上量的过程。人工智能不会那么快上量,一来AI目前还刚起步,究竟是FPGA、GPU、CPU唱主角还在争论中,ASIC商用更早。二来FPGA在AI领域并没有真正成功的商用案例,从开始商用到最后上规模需要比较长的时间。但是一旦FPGA在AI应用成为共识,其市场潜力极其巨大,也许会使得FPGA市场这个盘子迅速突破徘徊多年的4、50亿美金。因为AI和行业密切相关,这决定了AI行业会有大量的中小公司,不像通讯设备行业这样集中到几个大公司,这些小公司没有使FPGA 成为ASIC的能力,可能自始至终都是用FPGA,即使强大到如BAT,在其利润非常可观的情况下,也未必会很快启动自己的ASIC设计来替代FPGA,因此如果AI行业中会大规模使用FPGA,FPGA行业规模将会得到快速增长。

(2)商业层面

芯片行业并购是这几年的主旋律,一方面是巨头们在某些细分领域遭遇到中小公司强有力的竞争,使得他们的利润率收到影响,收购可以减少竞争,维持一定的寡头利润。另一方面行业竞争使得巨头们需要抱团取暖,丰富自己的产品线以进军广泛的市场,如avago收购博通成立新的博通。还有的收购是为了增强协同效应,很显然,Intel 花160多亿美金收购altera不是为了获得altera在通信市场的份额,而是和自己的cpu在云计算、大数据处理方面的协同增效,以维持Intel在未来新兴行业的霸主地位。这样一来,xilinx可能会比较被动,虽然在云计算、大数据处理方面xilinx也推出相应的解决方案,而且也有下游巨头落地的案例,但是如果Intel 在市场上占据了主导,它一定会通过各种方式给xilinx设置相应的门槛,比如FPGA和Cpu之间自定义接口,或者牵头制定相关的协议标准等。xilinx未来是否也会走和altera相同的路还不好说,毕竟能买得起xilinx的芯片巨头一只手都能数的过来,而且还要有相关性,这个范围就更小了,让我们拭目以待。

2016年FPGA的总体市场规模在40多亿美金,比2015年增长约10%左右,受通信市场运营商建设周期的影响,这几年FPGA的市场规模在40亿美金上下波动,总体比较平稳。以下是几个主流FPGA厂家15/16年的市场占有率和销售额,xilinx和altera遥遥领先,约占市场份额的90%左右,为第一梯队。Microsemi和lattice为第二梯队,中国厂商在里面属于Others阵营,市场份额大概在1%左右。

可以这么讲,目前中国IC厂商在FPGA这个细分领域和国外巨头的差距远远比其他领域要大,原因很多,其中很重要的一点是FPGA技术门槛非常高,核心技术只掌握在及其少数的公司手上,而且xilinx和atlera手头握有6000多项专利,对后进者形成很高的技术壁垒,国内厂商要么和国外巨头专利交叉授权,要么花钱买专利,但当前我们并没有多少专利可以和xilinx和altera进行交叉许可,购买难度更大,这不仅仅是资金的问题。从canyon bridge收购lattice被美国商务部否决来看,凡涉及到美国国家安全的高新技术公司,我国是不可能通过收购来获得的,lattice在行业内充其量是第二团队尚且如此,业界领先的企业我国更难获得。因此,国内FPGA的发展只能靠自主,虽然这个过程可能会很漫长,但除此之外没有更好的选择。

下面从SWOT四个维度简要分析当前国内发展FPGA的前景。

(1)首先说优势。相比较xilinx和altera,国产FPGA厂商目前基本没有绝对优势,只有比较优势,比如起点高,再也不用从微米级技术开始做起,一开始就从几十纳米进入,工艺差距可以缩小到2-3代的水平。另外,中国是FPGA芯片的应用大国,国产FPGA有本土化的各种优势,比如对中小客户需求的理解等比国外巨头要更接地气等。

(2)劣势的话很明显,从专利、技术产品到人才及市场品牌等,国产FPGA厂商都和国外巨头存在很大的差距。

(3)再说机会,当前中国厂商面临的机会比较多,因为从国家层面来看已经把FPGA列为国家战略芯片,政府在这个领域的投入可能会逐步增加,虽然政府直接主导这个产业发展未必是好的方式,但是给予民营企业各方面的支持却是非常重要的。另外,随着中国经济的发展,中国的企业能吸引到更多更优秀的国际化人才加入,尤其是一些高端的FPGA领军人才,对一个企业的发展至关重要。最后,随着人工智能和大数据等新兴行业的发展,FPGA市场容量可能会出现大规模的增长。

(4)最后说威胁。说道威胁,专利是一个。当中国企业还很弱小,远远对国际巨头构不成竞争的时候,这个风险还不大,如果已经形成竞争关系的时候,可能巨头们就会拿起专利武器来捍卫自己的利益,如同中兴、华为在发展过程中遇到的问题一样,这就要求中国的FPGA厂商要苦练内功,在专利和技术方面踏踏实实做好积累,以应对将来可能出现的专利战以及国际化,否则即使能做出产品,可能也走不远。

总体来看,虽然目前中国在FPGA这个领域比国外的主流厂商还存在很大差距,但是考虑到中国经济的发展和综合国力的增强以及政府对芯片产业的高度重视,还有这个市场可能出现的大幅增长,中国的国产FPGA和国外主流厂商的差距会逐步缩小,虽然这个过程会比较长,但趋势是无疑的。

近些年中国陆陆续续诞生了一些FPGA厂商,如京微雅阁、安路、同创、高云半导体等公司,都先后推出自己的FPGA芯片,有的已经在商用,有的在大公司进行样品认定和试验项目,这是一个很好的信号。在今年的“IC-CHINA 2017”大会中,高云发布了3款新品,不仅发布了集成ARM3的SOC FPGA,还有基于55nm SRAM工艺的“晨熙”系列和基于55nm嵌入式Flash+SRAM的“小蜜蜂”4个系列11款产品,基本覆盖了lattice 70%~80%左右的产品,特别是小蜜蜂系列,对应lattice 的XO2/XO3,对其形成强有力的替代竞争优势。另外,高云28nm的产品已经在研发中,预计2019年左右推出。目前高云FPGA芯片累计出货量即将达到200万片,对于一个成立才3年左右的公司,这个发展是相当迅速的,如果芯片的良率在应用中得到逐步提高,芯片可靠性得到了用户的认可,这将会对国外厂商产生很大的冲击。与此同时,安路也发布了它最新55nm的第二代“小精灵”ELF2系列高性能低功耗和内嵌MCU的SOC FPGA,向国外厂家的中低端产品发起了挑战。

回头看中国每个发展得不错的行业,基本都遵循一个逻辑,先是从低端开始突破,对国外同类产品进行替代,在行业站稳了脚跟之后,开始持续改进,不断提升自己的技术、产品、服务以及专利积累等,到了一定阶段之后可以在细分领域里面创造一些需求,以不断向高端进军,最终在行业里面的高端占有一席之地。中国通讯制造业、高铁制造等都是遵循这个逻辑发展的。 “低端突破->持续改进->创造需求->高端引领” 是中国各个行业发展的必由之路。对于FPGA行业来说,也完全可以按照这个思路发展。

FPGA市场前景诱人,但是门槛之高在芯片行业里无出其右。全球有60多家公司先后斥资数十亿美元,前赴后继地尝试登顶FPGA高地,其中不乏英特尔、IBM、德州仪器、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星这样的行业巨鳄,但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司:Xilinx(赛灵思)、Altera(阿尔特拉)、Lattice(莱迪思)、Microsemi(美高森美),其中,Xilinx与Altera这两家公司共占有近90%的市场份额,专利达到6000余项之多,如此之多的技术专利构成的技术壁垒当然高不可攀。而Xilinx始终保持着全球FPGA的霸主地位。当今,半导体市场格局已成三足鼎立之势,FPGA,ASIC和ASSP三分天下。市场统计数据表明,FPGA已经逐步侵蚀ASIC和ASSP的传统市场,并处于快速增长阶段。

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