FPGA国产化进程加速 接口IP厂商大显身手

FPGA国产化进程加速接口IP厂商大显身手集微网消息，在百花齐放的芯片赛道中，从逻辑验证发展而来的FPGA早已成为处理器芯片家族中的重要一员。FPGA（FieldProgrammableGateArray）即现场可编程逻辑门阵列，是一种可通过重新编程来实现用户所需逻辑电路的半导体器件。与CPU、GPU、ASIC芯片相比，FPGA芯片的底层算法未固化，具有可编程性、高性能、低耗能和灵活性等特点，兼具硬件的并行性和低延时性，在上市周期和成本上优势明显。相比其它赛道，FPGA是个相对小众的市场，远不及CPU、GPU领域上百亿美元的市场规模。然而，它却在通信、数据中心、工业应用等领域中发挥着不可替代的作用，是重要的人工智能相关芯片。近年来，随着AI运算、5G通信、异构计算的崛起，FPGA的价值愈发凸显。FPGA国产化进程加速得益于高度的灵活性和强大的并行处理能力，FPGA可以在云、端、及其中间的全部应用中发挥作用，市场规模不断扩大。据市场调研机构Frost&Sullivan统计，FPGA全球市场规模从2016年约43.4亿美元增长至2020年的约60.8亿美元，年均复合增长率约为8.8%。随着全球新一代通信设备以及人工智能、自动驾驶技术等新兴领域需求的不断增长，预计FPGA全球市场规模将从2021年的68.6亿美元增长至2025年的125.8亿美元，年均复合增长率约为16.4%。相较全球市场，中国市场的成长更加迅速。据Frost&Sullivan数据，中国FPGA市场从2016年的约65.5亿元增长至2020年的约150.3亿元，年均复合增长率约为23.1%。随着国产替代进程的进一步加速，预计到2025年中国FPGA市场规模将达到约332.2亿元，2020-2025年CAGR为16.6%。FPGA是一个强者通吃很明显的赛道。我国FPGA市场超过80%的市场份额被国外企业占据。从全球市场竞争格局来看，国外FPGA龙头企业已高筑技术和行业生态壁垒。2019年，赛灵思和英特尔（Altera）两家企业在全球FPGA市场的占有率已高达86%左右，再加上Lattice和MicroChip合计9%的市场份额，四家美国公司即占据了全世界95%以上的FPGA供应市场。虽然FPGA市场基本一直被国外企业把持，但近年来，已有不少国内FPGA企业开始进入一些细分领域并最终生存下来。以安路科技、紫光同创、复旦微、成都华微、智多晶为代表的国产FPGA芯片厂商集中发力，不断追赶国际先进水平。市场分析认为，受国际形势影响，FPGA芯片已迎来绝佳的国产替代时机。接口IP厂商大显身手在FPGA快速发展的背后，IP产业作为其产业链的上游支撑环节，自然备受瞩目。通过使用已验证、可复用的成熟IP模块，FPGA芯片设计企业可以将更多资源集中在打造产品核心竞争力上，而不必独立开发一款芯片所需的所有IP。这在提高产品可靠性的同时，也实现了芯片设计成本和研发周期的大幅降低。着眼未来发展，随着超大规模芯片设计复杂度的不断提升，IP及其复用技术已成为推动设计发展的关键。如何利用已有技术积累显著提升芯片设计水平、缩短设计周期、缩小设计能力与IC工艺能力之间的差距，已成为芯片设计的首要课题。对于芯片设计公司而言，把经过验证的IP集成到SoC系统中，成为了提高效率突破设计能力瓶颈的重要路径。具体到FPGA芯片而言，工艺制程、门级规模及SerDesIP速率是当前产品性能的核心指标。其中，SerDesIP速率对FPGA的实际性能表现有很大影响，它直接反映了FPGA与外界数据交换的能力——SerDesIP速率越高，FPGA芯片的交换能力越强。因此，与之相对应的SerDesIP技术对于FPGA芯片的发展尤为关键。那么，目前相关的接口IP厂商有哪些？SerDesIP研发进展如何？据IPnest发布的全球领先IP厂商排名，在第一梯队的Synopsys、Cadence、Rambus都是美国厂商，其开发的SerDesPHY最高速率已达到112Gbps。按IP授权收入计算，2021年Synopsys以31.2%的市场份额排名第一。事实上，Synopsys的良好表现与其在接口IP领域的龙头地位密切相关——它在约13亿美元的接口IP市场占有约55.6%的份额，而高性能SerDesIP是互联市场的核心支柱。Synopsys采用的是“一站式IP”战略，其开发的SerDesIP支持几乎所有接口协议（如USB、PCIE、以太网、SATA、HDMI、MIPI等），且多个接口协议的市场份额均长期领先。成立于2017年的Alphawave排名跃升至第四。IPnest分析指出，这显示了高性能SerDesIP对于数据中心应用这一市场关键驱动力的重要性。据了解，Alphawave是台积电、三星和英特尔IFS等顶级晶圆代工厂在7nm、5nm和3nm先进制程所需PAM4112GSerDesIP的主要供应商。反观国内市场，国产接口IP产业仍处于追赶阶段，国内真正能给FPGA芯片提供成熟接口IP的企业可以说是凤毛麟角。不过，值得肯定的是，近几年在国家的大力支持和全行业的共同努力下，这种竞争格局也正悄然发生改变。在接口IP领域，国内涌现出了众多企业，如牛芯半导体、芯动科技、芯耀辉、锐成芯微、纳能微、橙科微、和芯微、芯思原、灿芯、奎芯等。其中，牛芯半导体推出的28GbpsSerDesIP是国产14/12nm工艺线上首款超高速、高规格的SerDesIP产品，32GbpsSerDesIP预计年底开发完成，助推FPGA芯片实现国产自主可控。针对FPGA芯片可配置性高、灵活度强以及产品应用范围广等特点，牛芯半导体的接口IP产品优势显著，主要体现在四个方面：一是支持多协议、多频点的SerDesPHY，可兼容国际高端FPGA芯片；二是定制化设计服务满足适配层灵活切换，多协议可配的设计要求；三是已有积累的工艺节点丰富，硅验证产品多，IP产品成熟稳定；四是针对FPGA芯片规模大的特点，提供多可选位宽、多通道级联、高速信号完整性分析等解决方案等定制服务，易于FPGA芯片厂商实现集成。虽然近年来国产接口IP产业成绩喜人，但对国内厂商而言挑战仍然巨大：一是如何把握国内FPGA芯片企业的真实需求；二是如何提升接口IP产品的兼容性。积极应对并攻克这些挑战，对未来国产接口IP产业逐步接近乃至赶超国际先进水平、实现长久可持续发展，是至关重要的。对此，拥有服务多家国内FPGA芯片企业经验的牛芯半导体已做好了充分准备