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国产FPGA夹缝中求生存 何时才能逆势崛起

2019年06月15日 11:09 次阅读

随着PC和智能手机的普及,相信很多人都或多或少了解,什么CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器),但你可能不知道,在芯片领域,还有另外一种鲜为人知的芯片——FPGA

无论是在军事领域,还是民用领域都颇具意义。不仅90%的大型军用电子设备都要用到FPGA,在即将到来的5G通信、物联网、大数据等民用领域,FPGA也有非常大的潜力。而恰恰是这样一款重要的芯片,中国却基本依赖进口,国产FPGA在中国市场的占有率仅为2%,即便是很多军用的高端FPGA,也基本依赖于进口,这究竟是怎么回事呢?

如果用科学术语来正式介绍,FPGA是现场可编程门阵列。用普通人能听懂的话来说,它就是一个允许你在上面编程的芯片。编程完之后,就可以实现一个特殊的硬件加速算法,比如精确制导武器上的地图匹配。如果还是不懂,没关系,我们举些应用的例子,来看看它能干什么吧。

比如,在军事国防领域,FPGA被运用于航天、航空、电子、通信、雷达、高端波束形成系统等领域,在各种军用电子设备中也经常会有FPGA的身影。以相位控制电子扫描阵列雷达(相控阵雷达)为例,一个大型相控阵雷达有几千个TR组件(看不懂没关系,知道它是雷达的一个极为关键的部件就行),几个TR组件组成一个小的处理单元对信号进行数模转换和预处理,而每个单元就含一个FPGA芯片。

国产FPGA夹缝中求生存 何时才能逆势崛起

另外,对夜战非常重要的红外设备也离不开FPGA。美国国防后勤局就曾采购过美国赛灵思公司的FPGA用于监视、侦察和火控系统中红外传感器的数据处理。除了被广泛运用于军事领域,FPGA芯片在民用市场也颇具潜力,应用场景非常广泛。比如即将到来的5G通信,通信基站其实就是一个小相控阵,这就必须采用FPGA进行数据处理。现有的通信设备也离不开FPGA,比如前段时间美国制裁中兴通讯,FPGA也位列制裁名单之上,而华为和中兴所需的FPGA大多依赖于从赛灵思和阿尔特拉等美国公司进口。

在医疗领域,FPGA则被用于声波检测仪、CT扫描仪、核磁共振、x射线等各种设备上。在消费品电子、物联网、汽车电子、机器人、数据挖掘、工控等领域,FPGA也扮演着重要角色。随着机器人、无人机、大数据、物联网、无人驾驶、5G通信的兴起,市场前景会越来越好。根据Gartner统计,从2014年到2023年,FPGA的年均增长率达7%。

可以说,几乎你能见到和见不到的大部分电子设备中,都有FPGA芯片这么个玩意儿。

目前全球的FPGA市场,基本被前面提到的两家美国公司垄断——赛灵思和阿尔特拉。在过去十多年里,英特尔、IBM、摩托罗拉、飞利浦、东芝三星等其他60多家公司都曾试图涉足FPGA领域,但纷纷惨败。这其中的原因就在于FPGA的进入门槛极高。

一是专利技术壁垒。赛灵思从上世纪80年代开始做FPGA,在30多年时间里积累了丰富的技术和经验,在该领域有异常雄厚的技术底蕴,并与阿尔特拉、莱迪思、美高森美等公司用近9000项专利构筑的知识产权壁垒,很大程度上堵死了后来者追赶的道路。即便是强如英特尔,最后也是以耗资167亿美元收购阿尔特拉获得了FPGA领域的入场券,而非通过自主技术研发在FPGA领域站稳脚跟。

二是市场相对偏小。全球FPGA市场总额仅为50亿美元,而英特尔在2015年第四季度的营业收入就达149亿美元。相对偏小的市场份额很难养活太多的大公司,必然导致竞争异常激烈,仅仅少数佼佼者才能生存下来。

三是用户对FPGA性能要求高。FPGA很大一部分场景是做一些芯片模拟工作,使用者在其基础上做编程,必然会有很大性能损失,在性能降低了很多以后,还要和CPU等芯片去匹配,使用户会对FPGA的性能有着越高越好的要求。另外,在军用领域,虽然局部场景对FPGA性能要求不高,国内反向设计的FPGA也能满足使用需求,但也有很多场景对FPGA性能也有着非常高的要求。

国产FPGA夹缝中求生存 何时才能逆势崛起

同时,赛灵思、阿尔特拉等巨头在技术上处于绝对领先地位,其FPGA产品往往采用最先进的工艺,并且将工艺的潜力挖的很透,而后来的追赶者则没有这个条件和技术实力,导致性能上大幅逊色于两大巨头。具体来说,赛灵思和阿尔特拉的FPGA已经开始着手采用最先进的14/16nm工艺,而国内FPGA厂商根本无力承担采用先进制程工艺的高昂成本。

加上掌握最先进制造工艺的为英特尔、台积电、三星等对中国大陆IC设计公司使用最先进工艺有很多限制——买IP做集成可以,但如果是自主研发的IP,则会有很多限制,如果有军民两用潜力,限制就更多了。这致使国内FPGA厂商大多采用40/55nm工艺,在制造工艺上就处于先天劣势。

因此,除了囊中羞涩的用户,或定位于工控等对性能要求有限的特殊情况,大部分用户对FPGA的需求是性能越高越好,这样就会使国内如京微雅格等FPGA厂商即便开发出廉价的中低端产品,也会因性能差距而被很多潜在用户抛弃。

正是因为存在这种现象,FPGA的研发难度比CPU还要高。在CPU方面,企业如果做不了高性能的桌面或服务器CPU,还可以做做低功耗嵌入式芯片“曲线救国”。

比如如今在智能手机芯片领域呼风唤雨的ARM,就是依靠深耕嵌入式芯片领域,并最终发展壮大羽翼丰满,甚至隐隐威胁到了英特尔的地位;国产的龙芯也可以在高性能芯片无力与Intel抗衡的情况下,依靠做嵌入式芯片实现自给自足、自负盈亏。

而FPGA则不然,除了工控等一些特殊场景之外,其他FPGA芯片厂商很多时候上必须一开始就和赛灵思、阿尔特拉、莱迪思短兵相接拼性能。因此,在当前的情况下,完全依靠民间风险投资和少量政府资金的零敲碎打,就想把FPGA产业发展起来,基本是不不可能的。

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TMP411 ±1°C Programmable...

TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为±1 °C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150°C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 ±1°C远程二极管传感器 ±1°C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

发表于 2018-09-19 16:35 47次阅读
TMP411 ±1°C Programmable...

TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...

TMP468器件是一款使用双线制SMBus或I 2 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75°C)和测量分辨率(0.0 625°C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55°C至+ 150°C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:±0.75&...

发表于 2018-09-18 16:05 43次阅读
TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...