FPGA芯片4大優(yōu)勢(shì)是什么?我國(guó)FPGA芯片與國(guó)外的差距在哪?

在這篇文章中，小編將為大家?guī)?lái)FPGA芯片的相關(guān)報(bào)道。如果你對(duì)本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、FPGA芯片四大優(yōu)勢(shì)

性能—利用硬件并行的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)PGA打破了順序執(zhí)行的模式，在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成更多的處理任務(wù)，超越了數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的運(yùn)算能力。 著名的分析與基準(zhǔn)測(cè)試公司BDTI，發(fā)布基準(zhǔn)表明在某些應(yīng)用方面，F(xiàn)PGA每美元的處理能力是DSP解決方案的多倍。2在硬件層面控制輸入和輸出(I/ O)為滿足應(yīng)用需求提供了更快速的響應(yīng)時(shí)間和專業(yè)化的功能。

上市時(shí)間—盡管上市的限制條件越來(lái)越多，F(xiàn)PGA技術(shù)仍提供了靈活性和快速原型的能力。用戶可以測(cè)試一個(gè)想法或概念，并在硬件中完成驗(yàn)證，而無(wú)需經(jīng)過(guò)自定制ASIC設(shè)計(jì)漫長(zhǎng)的制造過(guò)程。3由此用戶就可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成逐步的修改并進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì)迭代，省去了幾周的時(shí)間。商用現(xiàn)成(COTS)硬件可提供連接至用戶可編程FPGA芯片的不同類型的I/O。 高層次的軟件工具的日益普及降低了學(xué)習(xí)曲線與抽象層，并經(jīng)常提供有用的IP核(預(yù)置功能)來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制與信號(hào)處理。

成本—自定制ASIC設(shè)計(jì)的非經(jīng)常性工程(NRE)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基于FPGA的硬件解決方案所產(chǎn)生的費(fèi)用。 ASIC設(shè)計(jì)初期的巨大投資表明了原始設(shè)備制造商每年需要運(yùn)輸數(shù)千種芯片，但更多的最終用戶需要的是自定義硬件功能，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百種系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)?？删幊绦酒奶匦砸馕吨脩艨梢怨?jié)省制造成本以及漫長(zhǎng)的交貨組裝時(shí)間。系統(tǒng)的需求時(shí)時(shí)都會(huì)發(fā)生改變，但改變FPGA設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的成本相對(duì)ASCI的巨額費(fèi)用來(lái)說(shuō)是微不足道的。

穩(wěn)定性—軟件工具提供了編程環(huán)境，F(xiàn)PGA電路是真正的編程“硬”執(zhí)行過(guò)程。 基于處理器的系統(tǒng)往往包含了多個(gè)抽象層，可在多個(gè)進(jìn)程之間計(jì)劃任務(wù)、共享資源。驅(qū)動(dòng)層控制著硬件資源，而操作系統(tǒng)管理內(nèi)存和處理器的帶寬。對(duì)于任何給定的處理器內(nèi)核，一次只能執(zhí)行一個(gè)指令，且基于處理器的系統(tǒng)時(shí)刻面臨著嚴(yán)格限時(shí)的任務(wù)相互取占的風(fēng)險(xiǎn)。而FPGA不使用操作系統(tǒng)，擁有真正的并行執(zhí)行和專注于每一項(xiàng)任務(wù)的確定性硬件，可減少穩(wěn)定性方面出現(xiàn)問(wèn)題的可能。

二、我國(guó)FPGA芯片與國(guó)外的差距在哪

產(chǎn)業(yè)鏈方面，中國(guó)國(guó)產(chǎn)化程度低，特別是EDA和IP，隨說(shuō)本土FPGA頭部廠商也自研了一些軟件工具，但總體來(lái)看，使用的EDA軟件和IP主要由境外企業(yè)提供，Cadence、Synopsys和siemens占據(jù)了主要的市場(chǎng)份額。

受制于專利，中國(guó)本土企業(yè)在研發(fā)方面也是困難重重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，賽靈思已申請(qǐng)超過(guò)5300項(xiàng)專利，而紫光同創(chuàng)擁有的專利數(shù)僅300余項(xiàng)，差距明顯。由于FPGA核心專利大都掌握在國(guó)外廠商手中，在核心專利沒(méi)有過(guò)期的情況下，要繞開(kāi)它們，不僅要加大研發(fā)投入，還要消耗更大的芯片面積和功耗。這對(duì)FPGA初創(chuàng)公司的發(fā)展非常不利。

另外，中國(guó)FPGA企業(yè)在門級(jí)規(guī)模和制程工藝方面，與國(guó)際大廠之間的差距也很明顯。

制程工藝方面，以賽靈思為例，其FPGA芯片主流工藝包括28nm、20nm和16nm，7nm制程產(chǎn)品也已發(fā)布。目前，中國(guó)本土廠商已發(fā)布的產(chǎn)品只能達(dá)到28nm制程。

不過(guò)，目前市場(chǎng)對(duì)28nm及更先進(jìn)制程FPGA的需求量相對(duì)有限。由于28nm-90nm制程區(qū)間內(nèi)的FPGA芯片具有較高的性價(jià)比和良率，依然是市場(chǎng)主流。據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì)，2019年28nm-90nm制程的 FPGA占據(jù)了中國(guó)市場(chǎng)63.3%的份額，28nm及更先進(jìn)制程FPGA占據(jù)了20.9%的市場(chǎng)份額。這一市場(chǎng)格局為國(guó)產(chǎn)FPGA的發(fā)展提供了時(shí)間。但是，由于先進(jìn)制程產(chǎn)品具有更低功耗、更小面積和更高性能，預(yù)計(jì)28nm及更先進(jìn)制程FPGA 芯片將快速發(fā)展，我們還是要抓緊時(shí)間。

本土幾大廠商在先進(jìn)制程FPGA的研發(fā)和量產(chǎn)方面也取得了一些成績(jī)，以安路科技為例，其55nm制程產(chǎn)品是主要營(yíng)收來(lái)源，28nm制程營(yíng)收占比在快速提升，該公司在2020年實(shí)現(xiàn)了 28nm制程PHOENIX1 系列產(chǎn)品的量產(chǎn)，28nm產(chǎn)品營(yíng)收占比持續(xù)提升，2021上半年達(dá)到 5.11%，較2020年顯著增長(zhǎng)。

門級(jí)規(guī)模方面，賽靈思16nm制程產(chǎn)品達(dá)到十億門級(jí)，28nm制程產(chǎn)品為億門級(jí)。中國(guó)本土頭部廠商28nm制程產(chǎn)品的門級(jí)規(guī)模剛剛達(dá)到億門級(jí)。100K門以下邏輯單元芯片為國(guó)內(nèi)主要市場(chǎng)。據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì)，以銷售額計(jì)算，中國(guó)市場(chǎng)100K門以下的FPGA芯片占據(jù)了38.2%的市場(chǎng)份額，100K-500K門FPGA占據(jù)了31.7%的市場(chǎng)份額。

SerDes速率也有差距，例如，賽靈思16nm制程產(chǎn)品最高支持32.75GbpsX96通道或58GbpsX32通道，安路科技28nm制程產(chǎn)品的SerDes速率僅達(dá)到16Gbps。

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