作者：张国斌
12月19日，在ELEXCON 2019深圳国际电子展召开第一天，由电子创新网主办的2019FPGA创新应用论坛也在会展中心同期开幕，来自全国各地的150多位FPGA开发业者和国内领先FPGA厂商紫光同创、安路科技、西安智多晶、雪湖科技，Efinix等公司就本土FPGA发展未来趋势和挑战进行了深入交流，与会嘉宾们认为未来几年将是本土FPGA发展的黄金时代，但也面临三大严峻挑战。
一 FPGA前景分析
电子创新网CEO张国斌在会上对FPGA未来发展做了分析，他指出FPGA经过近30年的发展，已经成为电子系统中不可或缺的一个产品，随着智能化生活的需求加剧，未来FPGA在信号转换、传感器信号处理、5G、智能工业、智能医疗、汽车电子等领域的需求呈现上升趋势。
他指出全球FPGA市场规模持续攀升，亚太将是FPGA主要市场，未来产业发展可期。全球FPGA市场规模2019年达到69亿美元，2025年要达到125亿美元，增速在加快，未来市场亚太区占比达到42%，是FPGA主要市场，中国FPGA市场规模约100亿人民币，未来随着中国5G部署及AI技术发展，国内FPGA规模有望进一步扩大。
不过在FPGA市场中，本土FPGA厂商占比还比较小，只有4%左右，这也说明未来本土FPGA成长空间很大。
他指出一个有趣的现象是，过去30年，欧美市场涌现过60多家FPGA厂 商，到最后只沉淀为四家，但是近几年，全球FPGA厂商又开始增多，这说明新的市场需求正在创造新机遇，这无疑是好事情。
他认为通信、物联网、边缘计算、工业电子、消费电子、LED显示领域是未来本土FPGA可以大展宏图的领域，而对于数据中心、汽车电子、高端医疗影像等这些高大上的领域，本土厂商还不宜贸然进入带实力成长后可以考虑择机进入。他认为本土FPGS还有一些短板需要解决，主要表现在产品性能可靠性、开发工具、FPGA专利、软件支持等领域，目前FPGA领域的领头羊赛灵思和英特尔双双发力软件开发，这也是一个很好的榜样。
二 紫光同创的策略
紫光同创市场总监吕喆在本次论坛上发表了“FPGA市场介绍及应用趋势分析”主题演讲。他在演讲中指出： “近几年，国内FPGA厂商慢慢被产业熟知，关注的人也越来越多，也逐渐得到市场的认可，在国家政策支持下，国产FPGA产业迎来难得的发展机遇”，吕喆分享了FPGA市场最新发展情况和趋势，并针对FPGA在5G通信、数据中心、人工智能、工业自动化、汽车电子等新兴市场的应用价值进行了精彩地解读。
在本次展会中，紫光同创首次展示了基于28nm工艺的自主产权高速Serdes模块，并在现场演示了6.6Gbps Serdes环回测试过程，将国产FPGA产业进程又向前推进了一大步。同时吕喆也表示，除了即将上市的28nm产品之外，紫光同创也启动了更先进工艺高端FPGA器件的研发工作，有望进一步缩小与国外差距，引领国产FPGA进入新的高度！
三 安路的策略
曾经在国外多家FPGA厂商服务过有丰富FPGA应用开发经验的安路科技FAE总监陈韩然在论坛上做了“挑战和机遇 - 对FPGA产业发展的思考、探索和分享”的主题演讲，他就FPGA发展历程、未来趋势、国内外产业发展差异，以及安路科技未来发展等内容进行分享。
陈韩然表示，“通信行业对FPGA技术、产品和质量体系要求非常高。现在的国产芯片只能满足小部分通信应用需求，低价并不是可持续的，只有不断创新发展高性能产品才是中国FPGA的目标。面对严峻的国际形势，结合中国这独特而巨大的市场需求，我们要充分利用零距离贴近市场的优势，往下扎根，向上结果，升级管理和技术服务理念，优化先进流程和模式，稳扎稳打地走有自己特色的成功之路。”
四 西安智多晶的策略
同样在国外工作20多年回国创业的西安智多晶CEO在论坛发言指出，FPGA要做好细分市场，FPGA芯片凭借灵活性和可再编辑性在集成电路行业倍受欢迎，可以广泛运用于LED驱动、视频监控、通信网络等行业。在这些应用场景上，智多晶一直在持续研发新品应对所需。
他表示目前智多晶通过与上下游紧密结合，和小米、UMC等结成战略合作伙伴，对于雷军提出“IoT+5G+AI”的发展战略，智多晶不断调整路线布局，从客户端的需求出发，更高效地发挥FPGA的灵活性。未来，智多晶将从封装和嵌入式两个方向发展FPGA。2020年，智多晶将推出新一代28纳米FPGA芯片，规模在200K-300K范围的产品。
四 雪湖科技：实现FPGA AI
雪湖科技工程师殷庆瑜发表了"一样的FPGA不一样的加速"的主题演讲，他指出，雪湖科技专注于深度学习加速器和FPGA硬件加速，创始人张强曾经参与包括美国NASA在内高精尖FPGA加速项目。
他认为用设计ASIC的思路让FPGA来加速可以大幅度提升能效比，同时兼得FPFA的灵活性。雪湖科技可为人工智能、金融交易、工业控制、生物医药、气象研究等提供一站式FPGA加速技术解决方案。
在本次论坛上，雪湖科技全新发布了DCU（Deep-learning Computing Unit ）深度学习运算单元产品线，这是雪湖科技基于FPGA芯片打造的深度学习硬件加速产品线，涵盖Yolo V3和Yolo V3 Tiny的目标检测算法加速产品Yolo系列在此发布。Yolo系列是雪湖科技DCU产品线的首个系列产品，针对不同场景的多元需求，雪湖科技基于FPGA芯片ZU3和ZU7打造了四个产品，提供针对目标检测需求的一站式解决方案。事实上，Yolo系列也是雪湖科技首个大范围落地的产品。
Yolo系列是业内最流行的目标检测算法，凭借Yolo V3 Tiny的“快如闪电”，及Yolo V3的精确度优势，它一度被誉为目标检测网络的巅峰之作。相较于GPU芯片，基于FPGA芯片打造的Yolo目标检测算法产品在吞吐量的增加、时延的降低方面展现了强劲的性能。
以Yolo V3 Tiny为例，在FPGA ZU7芯片上，其呈现了高帧率(127FPS)、低时延（7.9ms）的硬件加速性能。相较于 GPU Jetson TX2，拥有更高帧率（FPS增加 8 倍）、更低时延（时延降低 8 倍）、更低功耗、更高性价比的特点。而在ZU3芯片上，相较于 GPU Jetson TX2吞吐量提高3倍（49FPS），时延降低至1/3（20ms），功耗降低数倍。他表示雪湖科技的算法也可以移植到本土FPGA上，携手本土FPGA一起实现AI加速。
五 Efinix如何创新FPGA架构？
作为本次论坛神秘主角的Efinix™ 公司最后出场，有23年FPGA应用经验的Efinix中国区销售经理张永慧发表了《没有创新，难以生存! 打破神话，绝地求生》的主题演讲，分享了Efinix在FPGA架构创新方面的经验，这家成立于 2012 年的FPGA新创企业创始人团队来自知名FPGA 企业，并有丰富的FPGA设计经验，张永慧说Efinix 的使命是在可编程逻辑行业实行恃破性的创新，并创造市场。经过深入研发以及与主要客户的紧密合作，Efinix已经成功地推出了 Quantum™ 可编程加速器技术。与传统 FPGA 技术相比，Quantum™ 技术可将面积利用率提高 4 倍。这技术使ASIC，ASSP和FPGA领域的高级可编程硅产品实现。
他表示平均分布的布线资源往往难以满足实际设计的局部布线要求，例如下图中局部堵塞 (红色区域)就是整个芯片的短板、而闲置资源 (绿色区域)无法移动，只能被浪费，因此增加整体布线资源可以缓解局部 堵塞，但却造成其它区域更大的浪费。
他表示Efinix的产品与传统FPGA相比面积缩少2至4倍、功耗减少一半、 7层金属、采用通用硅工艺 、相同性能、 Hybird P&R平台等优势明显。
他进一步解释说，在传统的FPGA中，用于布线的单元和用于实现逻辑功能的单元是分开的，这也造成了布线的困难并限制了性能。在Efinix提出的Quantum FPGA技术中，一个单元既可以是逻辑单元，又可以是布线单元，可以根据需要灵活配置。这样一来，Efinix的Quantum FPGA的布线可以更加灵活，因此可以实现更高的速度和更低的功耗。
他表示Efinix以35人团队在12个月内完成了有120K逻辑资源的Trion系列产品的开发，这也给中国市场带来了更多选择。例如这个产品可以应用到工业摄像和显示系统中这是他的介绍视频。
Efinix的架构创新吸引了来自赛灵思、三星电子和香港X科技基金以及一些其他公司的投资，这也说明了FPGA领域的创新是最受瞩目的。
六 本土FPGA面临的三大挑战
在今年的中美贸易战中，小小的FPGA也成为“卡脖子”的器件，在一些关键领域如5G、边缘计算中，FPGA用户对本土FPGA厂商寄予厚望，据说华为就派出了20多人的团队和本土FPGA一起优化FPGA应用。
本土FPGA仅做替代市场就有很大需求，而且FPGA应用领域毛利丰厚，还有很多增量市场可以挖掘，所以本土FPGA未来前景美好，但本土FPGA要发展也面临巨大挑战，在本次论坛的圆桌讨论环节，嘉宾们直面了本土FPGA的三大挑战。
挑战一、工艺挑战
目前赛灵思公司已经发展到7nm工艺，明年将推出基于5nm的FPGA产品，而本土公司紫光同创、安路科技和西安智多晶明年将推出28nm工艺产品，在工艺上，落后了近四代。另外采用新工艺后产品的稳定性如何？可靠性如何？低功耗如何优化都是挑战。
挑战二、开发工具和软件环境
目前赛灵思和英特尔在FPGA软件开发上投入了巨大的人力和财力，进行高层次工具，试图让更多人可以方便地使用FPGA，设置软件人员都可以用C语言进行FPGA开发，但是国内还没有一家FPGA公司可以实现这样的功能，由于FPGA架构的特殊性也难以开发一个通用的开发工具，因此本土FPGA开发成本较高，也阻碍了产品的普及，但嘉宾们认为在高层次综合方面可以有通用性的工具加速FPGA开发。
挑战三、缺乏FPGA人文氛围和领军人物
与会嘉宾认为FPGA是个特殊产品，FPGA的设计不同于其他产品可以通过人海战术可以实现产品，也不可能通过挖角其他公司人才来实现产品的突进，FPGA设计需要既懂半导体电路又懂计算机架构的复合型人才，而且，它更需要领军人物去引领产品发展，欧美FPGA的发源地是加拿大多伦多大学，而中国目前还没有一所大学是专门研究FPGA架构的。
嘉宾们呼吁国家在关注这个器件的时候更注重其基础研究，在中国打造FPGA设计和架构文化，培养更多专门人才实现突破。（如果要交流本土FPGA发展，欢迎大家加richard6761微信号入群交流）。
总之，FPGA前景很美好，但是本土FPGA要大发展，除了资金外还需要更多的支持！
注：本文为原创文章，转载请注明作者及来源
