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    • 中微億芯公司簡(jiǎn)介
    • 國(guó)產(chǎn)FPGA賽道上,如何正為一名好的追趕者?
    • 跨過億門級(jí)的檻, 產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出貨達(dá)100萬顆
    • 國(guó)產(chǎn)FPGA,“融核創(chuàng)芯”是新的機(jī)會(huì)點(diǎn)
    • EDA人才缺乏,依舊是國(guó)產(chǎn)FPGA企業(yè)的發(fā)展痛點(diǎn)
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專訪中微億芯總經(jīng)理單悅爾:國(guó)產(chǎn)FPGA賽道的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀

07/05 07:56
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近期正好在循著國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行重點(diǎn)企業(yè)的梳理,而之前一直沒有太多機(jī)會(huì)和中科芯FPGA專家們來聊一聊,其子公司無錫中微億芯有限公司(以下簡(jiǎn)稱“中微億芯”)在FPGA領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力和當(dāng)前國(guó)產(chǎn)FPGA賽道的整體現(xiàn)狀。

巧合的是,近日我的FPGA文章被中微億芯的專家看到了,同時(shí)我也收到了來自中微億芯的邀請(qǐng),讓我采訪一下中微億芯總經(jīng)理單悅爾,通過這次訪談,加深了我對(duì)國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí),遂躍躍欲試,想與大家分享一些信息。

圖 | 中微億芯總經(jīng)理單悅爾

中微億芯公司簡(jiǎn)介

中微億芯成立于2013年,系中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司旗下子公司,從2002年開始從事可編程芯片的研制,是國(guó)內(nèi)最早做可編程技術(shù)研究的單位之一,早期主做CPLD、GAL這些小規(guī)模邏輯單元,現(xiàn)已擁有FPGA全流程設(shè)計(jì)能力,具備16nm FPGA批產(chǎn)能力以及12nm FPGA設(shè)計(jì)能力,是全球第四家擁有億門級(jí)FinFET FPGA系列芯片量產(chǎn)供貨能力的公司。

下面簡(jiǎn)單介紹一下中微億芯FPGA發(fā)展的各個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn):

2002年,研制出基于0.8μm工藝的GAL。

2004年,研制出基于0.8μm工藝的CPLD。

2006年, 開始接國(guó)家課題,研發(fā)基于0.5μm工藝的10萬門級(jí)FPGA。

2009年,研制出基于0.35μm工藝的20萬門級(jí)FPGA。

2011年,研制出基于0.25μm工藝的FPGA,對(duì)標(biāo)賽靈思的Qro Virtex系列

2012年,中微億芯、復(fù)旦微電、紫光等7家單位完成百萬門級(jí)FPGA的開發(fā)。

2013年,在中國(guó)電科的戰(zhàn)略部署下,引進(jìn)海外團(tuán)隊(duì),重點(diǎn)打造全自主的架構(gòu)、軟件和開發(fā)方案。

2015年,研制出基于65nm工藝的FPGA,對(duì)標(biāo)賽靈思V4系列。

2016-2017年,并成功研制“億芯一號(hào)、“億芯二號(hào)”,邏輯門數(shù)達(dá)到250萬、600萬和1000萬,其中1000萬門級(jí)產(chǎn)品采用了40nm制程工藝。

2018年,在國(guó)家課題的牽引下,公司成功研制國(guó)內(nèi)第一顆全自主架構(gòu)的FPGA,容量達(dá)到3500萬門,但自主架構(gòu)在兼容性方面表現(xiàn)一般,出貨量很低。

2019年,公司成功研制“億芯三號(hào)”、億芯四號(hào)”,邏輯門數(shù)達(dá)到7000萬對(duì)標(biāo)賽靈思V7系列;同年,中微億芯進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化和員工持股的改制,簡(jiǎn)稱“混改”,2019年年底改制完成。

2020年,中微億芯正式開始公司化、市場(chǎng)化運(yùn)作;同年推出SIP產(chǎn)品(微系統(tǒng))。

2021年-2022年,在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的牽引下,中微億芯成功研制基于FinFET工藝的全自主架構(gòu)的1億門級(jí)FPGA產(chǎn)品JYX1000T,并于2022年推出;2022年,公司融資7.13億元,領(lǐng)投方是浙大中控。

2023-2024年,公司不斷擴(kuò)寬基于FinFET工藝的FPGA產(chǎn)品譜系,當(dāng)前已成為國(guó)內(nèi)FinFET工藝下量產(chǎn)產(chǎn)品種類最多的單位;同年在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)貨量預(yù)計(jì)突破100萬顆。

單悅爾表示:“今天,中微億芯將自己定義為FPGA行業(yè)的追趕者,希望和先發(fā)企業(yè)做不一樣的產(chǎn)品,以用戶為驅(qū)動(dòng),在特定的領(lǐng)域中做出自己的特色。”

國(guó)產(chǎn)FPGA賽道上,如何正為一名好的追趕者?

中國(guó)的FPGA行業(yè)正在經(jīng)歷從百家爭(zhēng)鳴到聚沙成塔的過程。換一個(gè)角度來說,目前已經(jīng)從跟蹤研仿國(guó)外FPGA芯片蛻變?yōu)樽灾鞫x、自主架構(gòu)、自主軟件的國(guó)產(chǎn)FPGA生態(tài)體系構(gòu)建初見雛形。

未來幾年中國(guó)的FPGA企業(yè)預(yù)計(jì)會(huì)從目前的10家左右濃縮成3-4家,并且這幾家的產(chǎn)品形態(tài)、技術(shù)路線都會(huì)有各自的特點(diǎn),形成差異化競(jìng)爭(zhēng)。

那么,除中微億芯外,當(dāng)前主流的幾家FPGA產(chǎn)品線都有些什么特色呢?下面我們從不同的維度來盤點(diǎn)一下:

  • 自主架構(gòu)

國(guó)內(nèi)純自主架構(gòu)做得最好的是紫光同創(chuàng),紫光同創(chuàng)也是2013年成立的,當(dāng)時(shí)紫光國(guó)微主攻做國(guó)產(chǎn)替代,另外專門拉了一個(gè)團(tuán)隊(duì)出來成立了紫光同創(chuàng),并制定了兩大目標(biāo):第一、要做全自主研發(fā)的產(chǎn)品;第二,瞄準(zhǔn)華為,要進(jìn)移動(dòng)通信。經(jīng)過十多年的努力,紫光同創(chuàng)成為國(guó)內(nèi)給華為供貨量最大的FPGA廠商,同時(shí)在產(chǎn)業(yè)FPGA領(lǐng)域,不管是在技術(shù)領(lǐng)先性、產(chǎn)品成熟度、市場(chǎng)規(guī)模,還是商業(yè)化程度上,紫光同創(chuàng)都是國(guó)內(nèi)最領(lǐng)先的。

此外,在自主架構(gòu)方面做的第二好的是安路科技,但安路科技的產(chǎn)品架構(gòu)類似于Lattice,在容量方面很難做大。

  • 容量規(guī)模

國(guó)內(nèi)有四家具備億門級(jí)FinFET FPGA芯片研發(fā)能力的公司,分別是:紫光同創(chuàng)、中微億芯、復(fù)旦微電和易靈思。另外,蘇州異格也在做,但目前還沒有出產(chǎn)品。

而在小容量FPGA領(lǐng)域,市場(chǎng)整體體量不大,競(jìng)爭(zhēng)卻非常激烈。光FPGA廠商就包括高云、智多晶、京微齊力,以及后面進(jìn)來的中科億海微等。與此同時(shí),在小容量FPGA市場(chǎng)上,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手除了FPGA廠商外,還包括MCU廠商、單片機(jī)廠商,甚至還有買了RISC-V內(nèi)核自己設(shè)計(jì)芯片的“快食型”企業(yè)。

  • 兼容性能

一款FPGA產(chǎn)品面世后的好壞,由用戶說了算,而在國(guó)產(chǎn)FPGA芯片產(chǎn)業(yè)還沒有成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的時(shí)候,產(chǎn)品的定義主導(dǎo)權(quán)就還在國(guó)外三大巨頭的手中。

在國(guó)產(chǎn)FPGA的兼容性方面,國(guó)內(nèi)做的最好的是復(fù)旦微電,可以原位替代的國(guó)外競(jìng)品,所以在國(guó)產(chǎn)替代市場(chǎng)上,復(fù)旦微電的市占率最高。

對(duì)此,單悅爾分析道:“在這樣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中,中微億芯雖然起步較早,但中間跑慢了,所以把自己定義為一位追趕者。作為追趕者,劣勢(shì)是沒有足夠的融資渠道,團(tuán)隊(duì)規(guī)模和資金規(guī)模比不了已上市的企業(yè),所以只有兩條路可走:1、做差異化的產(chǎn)品,在一些其他公司沒有做的產(chǎn)品領(lǐng)域做出自己的特色;2、在相同的情況下,采用更先進(jìn)的工藝,做功耗更低、成本更低的產(chǎn)品?!?/p>

“好在經(jīng)過近10年的研發(fā)和努力,從最初的反向到后來的自主創(chuàng)新,已經(jīng)走出了一條屬于中微億芯自己的FPGA國(guó)產(chǎn)化之路——從邏輯代碼開發(fā)到版圖設(shè)計(jì),全部采用正向開發(fā);但在封裝和資源匹配度上,公司依舊會(huì)重點(diǎn)考慮和市場(chǎng)主流產(chǎn)品的兼容性問題。” 單悅爾補(bǔ)充道。

值得一提的是,中微億芯在引進(jìn)比特大陸和英特爾兩個(gè)團(tuán)隊(duì)后,其產(chǎn)品的確比同類型28nm、16nm工藝下的競(jìng)品,在低功耗設(shè)計(jì)和溫升方面的表現(xiàn)更佳。

跨過億門級(jí)的檻, 產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出貨達(dá)100萬顆

現(xiàn)階段,中微億芯已突破億門級(jí)FPGA器件自主研制瓶頸,形成了自主億門級(jí)FPGA架構(gòu),支持異構(gòu)集成和系列化擴(kuò)展,完成了30余款產(chǎn)品的研制并推向市場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上,2022年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)收2.58億元,2023年?duì)I收突破3.5億元。

在高可靠FPGA領(lǐng)域,中微億芯市場(chǎng)占比連年遞增,2021年占比9%,2022年占比11%,排名全國(guó)前三(統(tǒng)計(jì)口徑包括FPGA芯片、SoC/SIP產(chǎn)品,以及基于FPGA的板卡產(chǎn)品)。

但高可靠FPGA容量是有限的,預(yù)計(jì)再過幾年,會(huì)固定在8-10億的規(guī)模。而目前國(guó)產(chǎn)FPGA的市場(chǎng)規(guī)模約50億元,預(yù)計(jì)到2025年將會(huì)超過300億元,其中大量的市場(chǎng)需求在產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。

因此,中微億芯作為中國(guó)電科的子公司,除了研制大容量高可靠FPGA之外,未來會(huì)投入更多的資源在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

對(duì)此,單悅爾欣喜道:“當(dāng)前,公司FinFET工藝的產(chǎn)品出貨有5款,雖然量還有一個(gè)上升的過程,但我們認(rèn)為這是我們跑得最快的產(chǎn)品,2021年第一顆FinFET工藝FPGA出來后,本身那顆沒賣多少,但它的4顆衍生品都賣的比較好,特別主推的低功耗系列FPGA在產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)今年的出貨量會(huì)超過100萬顆,這不僅可以帶來銷售收入的提升,還能加強(qiáng)我們?cè)诠?yīng)鏈側(cè)的議價(jià)話語權(quán)?!?/p>

據(jù)了解,全系列低功耗FPGA同樣采用FinFET工藝,邏輯資源只有2000萬門左右,但工藝和底層邏輯庫(kù)是和億門級(jí)的產(chǎn)品互通的。未來,基于累積的大量底層邏輯庫(kù),采用從上往下裁剪的方法來研發(fā)芯片時(shí),可能只需要4-5個(gè)月,再把NRE費(fèi)用攤薄到未來市場(chǎng),商業(yè)邏輯就閉環(huán)了。

而今年之所以中微億芯能在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得如此成績(jī),還要?dú)w功于浙大中控對(duì)公司產(chǎn)業(yè)投資所帶來的影響;2023年—2024年期間,已完成全系列FPGA國(guó)產(chǎn)化代替。

從中微億芯處了解到,當(dāng)前在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,公司的精力會(huì)相對(duì)聚焦,主要覆蓋工控、圖像處理和電力控制領(lǐng)域。

對(duì)此,單悅爾舉例道:“在電力控制上,包括儲(chǔ)能的控制,原來都是用MCU來做的,但隨著儲(chǔ)能站的電池陣列越來越大,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都放一顆MCU的成本較高,而采用FPGA方案的話,1顆就能控制整個(gè)陣列,效率和成本優(yōu)勢(shì)很明顯。”

此外,在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,中微億芯在領(lǐng)域定制和小型化集成方面擁有自己的特色。在領(lǐng)域定制方面,比如帶HBM接口FPGA產(chǎn)品,中微億芯在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng),它能夠滿足下一代網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)超高帶寬的要求,某通訊公司目前所有的交換機(jī)里面用的FPGA都是賽靈思的,因?yàn)闆]有國(guó)產(chǎn)芯片可替代,但這些元件未來會(huì)越來越難買,或者價(jià)格會(huì)很高,比如幾萬塊錢一片,這在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域是非常高的價(jià)格,所以中微億芯想切入這個(gè)市場(chǎng)。在小型化集成方面,中微億芯表示,其產(chǎn)品具有軟硬件結(jié)合的特色,后面的迭代速度會(huì)較快。

國(guó)產(chǎn)FPGA,“融核創(chuàng)芯”是新的機(jī)會(huì)點(diǎn)

在高端FPGA市場(chǎng),受到工藝的限制,7nm及以下的產(chǎn)品譜系準(zhǔn)入門檻太高。而在中端市場(chǎng),這樣的限制就會(huì)小很多,國(guó)內(nèi)28nm、22nm的性價(jià)比較高,加上客戶對(duì)供應(yīng)鏈自主可控的訴求,國(guó)內(nèi)幾家FPGA廠商有足夠的能力來拿下本土重要中端市場(chǎng)。

而這幾年,在國(guó)產(chǎn)FPGA市占率逐漸上升的趨勢(shì)中,我們看到“融核創(chuàng)芯”是新的機(jī)會(huì)點(diǎn)。

中微億芯表示,未來公司將朝著3D、Chiplet和異構(gòu)的SoC和SIP的方向去發(fā)展。

當(dāng)前,中微億芯已經(jīng)在SoC的研制方面有了不少技術(shù)累積,包括:

1、? 采用全新架構(gòu)的設(shè)計(jì),通過異構(gòu)將處理器和FPGA進(jìn)行有效的融合,支持雙核CPU,主頻高達(dá)800MHz,8路AXI內(nèi)部互聯(lián)支持PL和PS之間的數(shù)據(jù)傳輸,支持PL和PS側(cè)共享芯片內(nèi)錯(cuò)誤、中斷信號(hào),采用統(tǒng)一地址映射,支持級(jí)聯(lián)調(diào)試模式,可同時(shí)對(duì)PS和PL進(jìn)行代碼調(diào)試開發(fā)。

2、? 采用全新的DDR的設(shè)計(jì)方法,通過自底向上和自頂向下的兩重設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)軟件代碼的革新,使DDR的性能功耗達(dá)到最優(yōu)配比;在設(shè)計(jì)兼容性方面,全面對(duì)標(biāo)賽靈思Zynq-7045;在封裝兼容性方面,采用倒裝工藝,并提供兼容對(duì)標(biāo)器件的PCB設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

3、? 在系統(tǒng)集成方案方面,采用由海外和本土團(tuán)隊(duì)共同打造的第一代SoC輔助開發(fā)環(huán)境,其中前端自動(dòng)化集成工具能夠?qū)崿F(xiàn)大小寫自動(dòng)轉(zhuǎn)換、字符模湖匹配、內(nèi)嵌教學(xué)公式計(jì)算、宏定義自動(dòng)裁剪、端口自動(dòng)聲明和生成、端口自動(dòng)連接等功能;同時(shí),芯片采用靜態(tài)檢查的方式來保證連接(Lint)、跨時(shí)鐘域(CDC)、復(fù)位同步(RDC)的正確性,為了保證環(huán)境的統(tǒng)一和易用,靜態(tài)檢查使用python腳本來處理和生成batch運(yùn)行環(huán)境并自動(dòng)運(yùn)行。

4、? 在驗(yàn)證方法上面,采用系統(tǒng)級(jí)軟硬件協(xié)同驗(yàn)證的方法,通過FPGA模擬ARM內(nèi)核,驗(yàn)證對(duì)ViVado原生態(tài)SDK環(huán)境的支持,來保障可編程邏輯和ARM核的兼容性,降低用戶在國(guó)產(chǎn)化替代過程中移植開發(fā)的難度。

5、? 在PS側(cè)后端實(shí)現(xiàn)方面,采用自頂向下的方法,分別對(duì)CPU和DDR進(jìn)行后端設(shè)計(jì),再通過純數(shù)字化流程實(shí)現(xiàn)進(jìn)行芯片整體的集成,可以嚴(yán)格保證時(shí)序的準(zhǔn)確性。

在此基礎(chǔ)上,中微億芯發(fā)布了高性能可編程SoC/SIP系列——ARM A9處理器SoC Z7,及以7系列FPGA為核心的SIP電路。

基于以上技術(shù)突破,未來1-2年,中微億芯的產(chǎn)品規(guī)劃如下:

1、研制出對(duì)標(biāo)UltraScale的3D-4億門級(jí)FPGA芯片;

2、研制出采用RISC-V內(nèi)核(對(duì)標(biāo)A53)的采算一體RF-SoC;

3、研制出采用RISC-V 8核(對(duì)標(biāo)A78),基于“CPU+FPGA+AI”架構(gòu)的ACAP異構(gòu)融核計(jì)算芯片。

EDA人才缺乏,依舊是國(guó)產(chǎn)FPGA企業(yè)的發(fā)展痛點(diǎn)

商業(yè)布局,人才先行。

在FPGA領(lǐng)域,以賽靈思的人員架構(gòu)為例,它在設(shè)計(jì)、軟件、應(yīng)用支持方面的人才比例是1:1:1。而對(duì)于國(guó)內(nèi)FPGA廠商來講,產(chǎn)品兼容性好的前提是軟件要做好,這些企業(yè)當(dāng)前在軟件方面的投入力度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。以中微億芯為例,在人員配比上,340人的國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)中,純研發(fā)的有290人,研發(fā)投入比例高達(dá)70%,但EDA軟件開發(fā)當(dāng)前只有30人,不足整體員工數(shù)量的1/10。那么問題出在哪里呢?

單悅爾表示:“當(dāng)前EDA的人才太少了,有EDA專業(yè)的高校就只有幾所,當(dāng)前中微億芯在和高校做聯(lián)合培養(yǎng),包括海外的高校,如愛丁堡大學(xué)。另外,在國(guó)家的支持下,也有一些海外引智的計(jì)劃,包括和那邊的教授做一些聯(lián)合開發(fā)。就目前而言,歐洲相比美國(guó),開放度還是會(huì)高一些,目前從美國(guó)引進(jìn)軟件專家的可能幾乎為零?!?/p>

所以,EDA人才缺乏,依舊是國(guó)產(chǎn)FPGA企業(yè)的發(fā)展痛點(diǎn),而要解決該痛點(diǎn),必須要做長(zhǎng)線布局,包括教育體系的改革。

寫在最后

中微億芯之所以名字中含“億芯”二字,因?yàn)楣境闪⒅醯脑妇笆牵河谐蝗?,要研制出中?guó)自主的1億門級(jí)FPGA芯片,而當(dāng)時(shí)全球最先進(jìn)的是賽靈思的5000萬門FPGA芯片。

如今,中微億芯已經(jīng)跨過了1億門級(jí)FPGA的檻,但在更大容量FPGA芯片的研制過程中,同樣面臨工藝線卡脖子的問題。與此同時(shí),中國(guó)又是全球最大的FPGA需求國(guó),因此,未來國(guó)內(nèi)可編程芯片的方向,必定會(huì)從普遍通用向領(lǐng)域定制轉(zhuǎn)化,以用戶需求牽引的可編程SoC和異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)化芯片會(huì)成為主流。而中微億芯也將跟隨時(shí)代步伐,往異構(gòu)、3D、處理器融合等方向重點(diǎn)發(fā)展。

據(jù)悉,為了更好地支撐研發(fā)投入,加快公司市場(chǎng)化運(yùn)作步伐,按照中國(guó)電科戰(zhàn)略規(guī)劃預(yù)計(jì)2025年對(duì)中微億芯進(jìn)行股改,2026年開始推行上市,啟動(dòng)IPO工作。

 

 

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