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FPGA的絕招：軍工市場(chǎng)與低延遲通信

FPGA雖然在AI算力領(lǐng)域只占據(jù)小份額的端側(cè)推理市場(chǎng)，跟在GPU后面“喝湯”，但在低軌通信和太空競(jìng)賽中，它是絕對(duì)的王者。

以航空航天為代表的軍工品類只占到全球FPGA 80億美元整體市場(chǎng)的不到15%，卻能以小見(jiàn)大，是大國(guó)重器不可或缺的硬件底座。

馬斯克手下的全球最大的商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商SpaceX屢屢成為媒體頭條，除了主打衛(wèi)星通信的星鏈計(jì)劃之外，該項(xiàng)目還承擔(dān)火星殖民的遠(yuǎn)景任務(wù)，已經(jīng)成為代表科技創(chuàng)新之美國(guó)夢(mèng)的偶像級(jí)項(xiàng)目。如果我們打開SpaceX官方網(wǎng)站，再點(diǎn)擊其招募條塊，就會(huì)發(fā)現(xiàn)SpaceX正在大量招聘FPGA工程師（如下圖）。

FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的特點(diǎn)可以防止邏輯可編程模塊被宇宙射線造成物理?yè)p壞，而且航空航天的小批量多品種且需要不俗算力（寬帶衛(wèi)星通信處理數(shù)據(jù)的能力）也讓FPGA可以大顯身手。而且，航空航天所需的導(dǎo)航、通信芯片是一個(gè)長(zhǎng)尾市場(chǎng)，客觀上為FPGA建立了一個(gè)避免ASIC騷擾的護(hù)城河。

回到本文開頭。Xilinx和Altera近兩年在俄羅斯出貨不過(guò)區(qū)區(qū)3億多美元，但其承擔(dān)的有效打擊敵人，減少自身消耗的戰(zhàn)略價(jià)值卻是難以估算的。從Xilinx的Zynq UltraScale系列加持下相控陣?yán)走_(dá)的波束指向，到保證導(dǎo)彈精確打擊的云臺(tái)控制，再到衛(wèi)星上觀測(cè)?？吭诘孛嫔系闹行惋w機(jī)等，均會(huì)大量用到FPGA品類。

在更加敏感的軍民兩用領(lǐng)域，F(xiàn)PGA也有廣闊的施展空間。FPGA可以用于ADAS的傳感器融合領(lǐng)域以及激光雷達(dá)信號(hào)處理主芯片，還能配合SoC完成座艙域信號(hào)橋接，以及車身的電機(jī)控制。目前我國(guó)領(lǐng)先的激光雷達(dá)廠商如速騰聚創(chuàng)、禾賽等均采用了Xilinx的Zynq FPGA系列。

2018年10月，華為聯(lián)手Xilinx宣布開發(fā)中國(guó)第一款云端高效率視訊編碼（HVEC）解決方案。

此外，在5G基站中，F(xiàn)PGA可以在桿上的射頻單元中負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的波束賦形工作。多年前，諾基亞面對(duì)華為和中興在5G基站中的不斷擴(kuò)大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，冒險(xiǎn)采用了FPGA作為處理器進(jìn)入核心網(wǎng)序列，就是看中了FPGA上市快，可以先占點(diǎn)踩位的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)后來(lái)被華為的ASIC解決方案打的潰不成軍，主要是管理和產(chǎn)品用戶定位出了問(wèn)題，那是后話了。

如何看待FPGA戰(zhàn)略與市場(chǎng)地位的不對(duì)稱性

目前，半導(dǎo)體行業(yè)與全球地緣政治的變化的錨定度越來(lái)越強(qiáng)，自主可控的呼聲和國(guó)產(chǎn)替代焦慮并存。

全球80多億美元的FPGA的大盤，中國(guó)僅占五分之一左右，而且高端FPGA，即12nm以下工藝制程至少落后Xilinx兩個(gè)代差，雖然近年來(lái)涌現(xiàn)出了復(fù)旦微電、安路科技、紫光系等有相當(dāng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的FPGA企業(yè)，在軍工、電子消費(fèi)和通信市場(chǎng)各自逐漸劃定了勢(shì)力范圍，但90%的份額仍被Xilinx、Altera、Lattice和Microchip四大海外巨頭把持。

發(fā)力趕超，步步逼近，“x道超車”等等媒體經(jīng)常渲染的芯片市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)話術(shù)也許放在FPGA這里并不太合適?？紤]到FPGA所能帶來(lái)的關(guān)涉國(guó)防安全和重大戰(zhàn)略利益的高附加值，以及有限的市場(chǎng)成長(zhǎng)性，戰(zhàn)略選擇和差異化競(jìng)爭(zhēng)也許比盲目的工藝節(jié)點(diǎn)趕超更重要。

須知，F(xiàn)PGA因其布局布線只能在對(duì)應(yīng)的FPGA廠商自己的EDA中完成，越是大型的設(shè)計(jì)，重新走一遍布局布線的沉沒(méi)成本就越高，而布局布線恰恰是FPGA軟件最核心的領(lǐng)域，F(xiàn)PGA可以當(dāng)ASIC的原型驗(yàn)證工具使用，其客戶粘性特別高。

Xilinx、Altera幾十年來(lái)通過(guò)不斷的產(chǎn)品迭代，輔以料號(hào)的鋪散吞食了一些散沙化的市場(chǎng)。FPGA和CPU一樣，工藝節(jié)點(diǎn)就代表市場(chǎng)份額占有能力，海外巨頭紛紛往12nm以下進(jìn)發(fā)之時(shí)，國(guó)內(nèi)領(lǐng)頭的復(fù)旦微電、安路科技等SoC FPGA大多還停留在28nm這一“甜蜜節(jié)點(diǎn)”上，與其和其爭(zhēng)奪存量客戶，不如另辟蹊徑尋找自身發(fā)展新動(dòng)能。

筆者對(duì)國(guó)內(nèi)FPGA生態(tài)建設(shè)有以下建議。

首先，加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)高校的合作，進(jìn)一步打通產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。半導(dǎo)體各個(gè)品類中，F(xiàn)PGA在產(chǎn)-學(xué)融合上并非是務(wù)虛之辭，有著相當(dāng)強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)。海外兩大巨頭Xilinx和Altera通常與學(xué)界緊密合作，諸如多倫多大學(xué)等科研院所為FPGA的架構(gòu)演進(jìn)和算法迭代做了非常重要的貢獻(xiàn)，畢竟，布局布線是集成電路學(xué)院人才培養(yǎng)的基本功；

第二，模擬戰(zhàn)爭(zhēng)的沙盤推演，盤點(diǎn)FPGA品類的自主可控性。航空航天和相控陣?yán)走_(dá)、紅外設(shè)備等制程多在55nm-90nm左右，看重其低延遲、可靠性，可以通過(guò)國(guó)家隊(duì)投資平臺(tái)牽頭孵化戰(zhàn)時(shí)FPGA項(xiàng)目；

第三，在某些極端狀態(tài)下，必要時(shí)可以通過(guò)類似“平準(zhǔn)基金”的方式調(diào)控FPGA市場(chǎng)價(jià)格。2021年“缺芯潮”肆虐之時(shí)，我們看到Xilinx攜手Altera漲價(jià)好幾倍，店大欺客，進(jìn)一步擠壓了國(guó)產(chǎn)FPGA市場(chǎng)上的議價(jià)空間；

第四，FPGA+EDA+IP協(xié)同作戰(zhàn)。目前FPGA廠商的競(jìng)爭(zhēng)主線從邏輯編程的門級(jí)數(shù)轉(zhuǎn)向集成度競(jìng)爭(zhēng)，先后將DDR接口、CPU、GPU等許多功能嵌入到FPGA中，出現(xiàn)了所謂的FPGA“SoC”化的特性，疊加FPGA本身帶來(lái)的EDA屬性，因此FPGA廠商需要接口IP廠和EDA廠商協(xié)同發(fā)展，以泛發(fā)展聯(lián)盟的姿態(tài)對(duì)接上下游發(fā)展需求，以牛芯半導(dǎo)體為例，該公司研發(fā)的高速Serdes IP和DDR IP就是專門對(duì)應(yīng)FPGA的IP產(chǎn)品，市場(chǎng)反饋良好。

總之，F(xiàn)PGA不僅是芯片前端設(shè)計(jì)（布局布線）的硬通貨，還是戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)下國(guó)家利益保障的必需品，它的高價(jià)值性不應(yīng)被碎片化的、小批量生產(chǎn)的終端應(yīng)用所稀釋，需要產(chǎn)業(yè)界攜手摒棄以量取勝，以規(guī)模平攤成本盈利的思維模式，重新評(píng)定其戰(zhàn)略地位，在風(fēng)起于青萍之末，浪成于微瀾之間的微妙關(guān)節(jié)點(diǎn)上做好不時(shí)之需。

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