国产宇航级FPGA芯片亮相 初步打破外国封锁垄断

最近几年军事的热点之一就是芯片，美国对中国的芯片封锁和制裁持续了许多年，军用的一个都不卖，民用的高端也不少封锁，中兴事件就是一个巨大的教训：不掌握核心技术，人家随便拿捏你，毫无办法，只有认输。

而中国军事科研被欧美强国制裁惯了，依靠自己努力出成就是常态，最近据媒体报道，北京微电子技术研究所日前成功研制出国内首个自主可控的宇航用千万门级高性能高可靠FPGA（现场可编程门阵列）芯片。经过ATE测试和板级验证，本次发布的两款FPGA的功能和性能指标均达到国外对标产品水平，相比前一代BQR2V系列FPGA产品，系统容量增加58％，系统性能提升50％，功耗降低40％。

作为一种非常重要的芯片，FPGA一直是国内的短板，市场基本被国外垄断，国内超过100亿元的FPGA市场中，国产市占率不到3％。随着消费电子和通信等终端设备需求总量的增长，人工智能、大数据、云计算、智能汽车以及物联网边缘计算的发展，对FPGA的需求大增。据预计，从2017年到2021年，整个FPGA市场将会以年均9％的速度稳步增长，超过100亿美元。

而民用FPGA主要由美国两巨头垄断，美国Xilinx和Altera（前年被Intel收购）两家就占了全球90%的市场，实际上中高端民用FPGA只能买美国的，而军用宇航级FPGA则非常昂贵，一块几十万人民币起，即使给钱也买不到的货。

而更糟糕的是，中国的华为中兴一类电子通讯类高科技企业，需要大量的先进FAGA，几乎都要从美国进口，而国产FPGA只能做低端，中端几乎没有，高端就不要提，打破美国垄断任重道远。

或许有朋友就问，我们不是有龙芯芯片吗？华为不是也有麒麟芯片吗？为何一定要进口美国FPGA芯片呢？

其实，这就是电子工业的复杂性，电子工业需要用到很多种芯片，大家常见的CPU和GPU，在普通家用很常见，但是在某些特殊场合，那就吃不开玩不转了，比如高速实时信号处理，图像处理等方面。

FPGA芯片从技术来说很复杂，这里简单介绍一下，FPGA简单地说是介于专用芯片ASIC，和通用芯片CPU之间的一个东西，类似乐高积木，客户自己可以改变内部晶体管连线的芯片，事先做进去几百万个或者高达几千万个门电路，通过厂家提供的开发环境和描述语言，客户能够把FPGA烧录成自己想要的芯片。

专用芯片就是固化的流程和计算，输入固化的数据，收到固化的结果，计算速度最快，效率最高，但是每一个应用必须设计一种专门的集成电路，应用复杂化以后基本是不可能完成的坑爹任务。

通用CPU价格便宜，但是客户的产品可能需要某方面的性能特别强，但是如果产品的数量不够多，如果自己设计专用ASIC芯片的话，去台积电等代工厂流片一次几百万美元，除以自己产品的销量，如果预期销量只有几千台，那这芯片的平均价格就有几万美元一片了，太贵。在这种情况下，就可以用FPGA来代替。

而CPU则是完全指令化，编程化的通用单元，用大量的晶体管堆积计算单元核心，用编码和计算的方式实现通用计算单元，CPU晶体管效率低，计算流水线长，灵活性最高。

FPGA则介于两者之间，它可以看作专门简化的只单纯的集成逻辑门选择的半固化芯片，它的逻辑编程通过烧录刻入逻辑门规则，因此输入输出其实没有CPU的解码，编码，计算的过程，仍然类似于专用电路的直接硬计算，效率和能耗比CPU好很多。

CPU的编程是通过多层语言编译和翻译最后形成机器语言的，FPGA很底层，只能直接用机器语言编程，编程难度比较大，而且不能编写太复杂的程序，FPGA目前最主要的意义是低级别的可以以通用集成电路通过刻录代替大量专用电路，高级的则是降低CPU功耗，提高性能，打破摩尔定律。

实际上，芯片大战已经从普通通用CPU扩展到GPU还有FPGA芯片，中国想要不受制于人，还得努力烧钱攻克高端FPGA芯片，这一次北京微电子攻克宇航级别FPGA芯片就是例子。华为赢了手机芯片之战，FPGA芯片还得继续努力。