加入星计划,您可以享受以下权益:

  • 创作内容快速变现
  • 行业影响力扩散
  • 作品版权保护
  • 300W+ 专业用户
  • 1.5W+ 优质创作者
  • 5000+ 长期合作伙伴
立即加入
  • 正文
    • 中微亿芯公司简介
    • 国产FPGA赛道上,如何正为一名好的追赶者?
    • 跨过亿门级的槛, 产业领域出货达100万颗
    • 国产FPGA,“融核创芯”是新的机会点
    • EDA人才缺乏,依旧是国产FPGA企业的发展痛点
    • 写在最后
  • 推荐器件
  • 相关推荐
  • 电子产业图谱
申请入驻 产业图谱

专访中微亿芯总经理单悦尔:国产FPGA赛道的竞争现状

07/05 07:56
5791
阅读需 19 分钟
加入交流群
扫码加入
获取工程师必备礼包
参与热点资讯讨论

近期正好在循着国产FPGA产业链进行重点企业的梳理,而之前一直没有太多机会和中科芯FPGA专家们来聊一聊,其子公司无锡中微亿芯有限公司(以下简称“中微亿芯”)在FPGA领域的竞争力和当前国产FPGA赛道的整体现状。

巧合的是,近日我的FPGA文章被中微亿芯的专家看到了,同时我也收到了来自中微亿芯的邀请,让我采访一下中微亿芯总经理单悦尔,通过这次访谈,加深了我对国产FPGA产业的认识,遂跃跃欲试,想与大家分享一些信息。

图 | 中微亿芯总经理单悦尔

中微亿芯公司简介

中微亿芯成立于2013年,系中国电子科技集团有限公司旗下子公司,从2002年开始从事可编程芯片的研制,是国内最早做可编程技术研究的单位之一,早期主做CPLD、GAL这些小规模逻辑单元,现已拥有FPGA全流程设计能力,具备16nm FPGA批产能力以及12nm FPGA设计能力,是全球第四家拥有亿门级FinFET FPGA系列芯片量产供货能力的公司。

下面简单介绍一下中微亿芯FPGA发展的各个重要时间节点:

2002年,研制出基于0.8μm工艺的GAL。

2004年,研制出基于0.8μm工艺的CPLD。

2006年, 开始接国家课题,研发基于0.5μm工艺的10万门级FPGA

2009年,研制出基于0.35μm工艺的20万门级FPGA

2011年,研制出基于0.25μm工艺的FPGA,对标赛灵思的Qro Virtex系列

2012年,中微亿芯、复旦微电、紫光等7家单位完成百万门级FPGA的开发。

2013年,在中国电科的战略部署下,引进海外团队,重点打造全自主的架构、软件和开发方案

2015年,研制出基于65nm工艺的FPGA,对标赛灵思V4系列

2016-2017年,并成功研制“亿芯一号、“亿芯二号”,逻辑门数达到250万、600万和1000万,其中1000万门级产品采用了40nm制程工艺。

2018年,在国家课题的牵引下,公司成功研制国内第一颗全自主架构的FPGA,容量达到3500万门,但自主架构在兼容性方面表现一般,出货量很低。

2019年,公司成功研制“亿芯三号”、亿芯四号”,逻辑门数达到7000万对标赛灵思V7系列;同年,中微亿芯进行成果转化和员工持股的改制,简称“混改”,2019年年底改制完成。

2020年,中微亿芯正式开始公司化、市场化运作;同年推出SIP产品(微系统)。

2021年-2022年,在国家重点研发计划的牵引下,中微亿芯成功研制基于FinFET工艺的全自主架构的1亿门级FPGA产品JYX1000T,并于2022年推出;2022年,公司融资7.13亿元,领投方是浙大中控。

2023-2024年,公司不断扩宽基于FinFET工艺的FPGA产品谱系,当前已成为国内FinFET工艺下量产产品种类最多的单位;同年在产业领域的发货量预计突破100万颗

单悦尔表示:“今天,中微亿芯将自己定义为FPGA行业的追赶者,希望和先发企业做不一样的产品,以用户为驱动,在特定的领域中做出自己的特色。”

国产FPGA赛道上,如何正为一名好的追赶者?

中国的FPGA行业正在经历从百家争鸣到聚沙成塔的过程。换一个角度来说,目前已经从跟踪研仿国外FPGA芯片蜕变为自主定义、自主架构、自主软件的国产FPGA生态体系构建初见雏形。

未来几年中国的FPGA企业预计会从目前的10家左右浓缩成3-4家,并且这几家的产品形态、技术路线都会有各自的特点,形成差异化竞争。

那么,除中微亿芯外,当前主流的几家FPGA产品线都有些什么特色呢?下面我们从不同的维度来盘点一下:

  • 自主架构

国内纯自主架构做得最好的是紫光同创,紫光同创也是2013年成立的,当时紫光国微主攻做国产替代,另外专门拉了一个团队出来成立了紫光同创,并制定了两大目标:第一、要做全自主研发的产品;第二,瞄准华为,要进移动通信。经过十多年的努力,紫光同创成为国内给华为供货量最大的FPGA厂商,同时在产业FPGA领域,不管是在技术领先性、产品成熟度、市场规模,还是商业化程度上,紫光同创都是国内最领先的。

此外,在自主架构方面做的第二好的是安路科技,但安路科技的产品架构类似于Lattice,在容量方面很难做大。

  • 容量规模

国内有四家具备亿门级FinFET FPGA芯片研发能力的公司,分别是:紫光同创、中微亿芯、复旦微电和易灵思。另外,苏州异格也在做,但目前还没有出产品。

而在小容量FPGA领域,市场整体体量不大,竞争却非常激烈。光FPGA厂商就包括高云、智多晶、京微齐力,以及后面进来的中科亿海微等。与此同时,在小容量FPGA市场上,竞争对手除了FPGA厂商外,还包括MCU厂商、单片机厂商,甚至还有买了RISC-V内核自己设计芯片的“快食型”企业。

  • 兼容性能

一款FPGA产品面世后的好坏,由用户说了算,而在国产FPGA芯片产业还没有成为行业领导者的时候,产品的定义主导权就还在国外三大巨头的手中。

在国产FPGA的兼容性方面,国内做的最好的是复旦微电,可以原位替代的国外竞品,所以在国产替代市场上,复旦微电的市占率最高。

对此,单悦尔分析道:“在这样的竞争环境中,中微亿芯虽然起步较早,但中间跑慢了,所以把自己定义为一位追赶者。作为追赶者,劣势是没有足够的融资渠道,团队规模和资金规模比不了已上市的企业,所以只有两条路可走:1、做差异化的产品,在一些其他公司没有做的产品领域做出自己的特色;2、在相同的情况下,采用更先进的工艺,做功耗更低、成本更低的产品。”

“好在经过近10年的研发和努力,从最初的反向到后来的自主创新,已经走出了一条属于中微亿芯自己的FPGA国产化之路——从逻辑代码开发到版图设计,全部采用正向开发;但在封装和资源匹配度上,公司依旧会重点考虑和市场主流产品的兼容性问题。” 单悦尔补充道。

值得一提的是,中微亿芯在引进比特大陆和英特尔两个团队后,其产品的确比同类型28nm、16nm工艺下的竞品,在低功耗设计和温升方面的表现更佳。

跨过亿门级的槛, 产业领域出货达100万颗

现阶段,中微亿芯已突破亿门级FPGA器件自主研制瓶颈,形成了自主亿门级FPGA架构,支持异构集成和系列化扩展,完成了30余款产品的研制并推向市场。在此基础上,2022年公司实现营收2.58亿元,2023年营收突破3.5亿元

在高可靠FPGA领域,中微亿芯市场占比连年递增,2021年占比9%,2022年占比11%,排名全国前三(统计口径包括FPGA芯片、SoC/SIP产品,以及基于FPGA的板卡产品)。

但高可靠FPGA容量是有限的,预计再过几年,会固定在8-10亿的规模。而目前国产FPGA的市场规模约50亿元,预计到2025年将会超过300亿元,其中大量的市场需求在产业市场。

因此,中微亿芯作为中国电科的子公司,除了研制大容量高可靠FPGA之外,未来会投入更多的资源在产业领域。

对此,单悦尔欣喜道:“当前,公司FinFET工艺的产品出货有5款,虽然量还有一个上升的过程,但我们认为这是我们跑得最快的产品,2021年第一颗FinFET工艺FPGA出来后,本身那颗没卖多少,但它的4颗衍生品都卖的比较好,特别主推的低功耗系列FPGA在产业市场今年的出货量会超过100万颗,这不仅可以带来销售收入的提升,还能加强我们在供应链侧的议价话语权。”

据了解,全系列低功耗FPGA同样采用FinFET工艺,逻辑资源只有2000万门左右,但工艺和底层逻辑库是和亿门级的产品互通的。未来,基于累积的大量底层逻辑库,采用从上往下裁剪的方法来研发芯片时,可能只需要4-5个月,再把NRE费用摊薄到未来市场,商业逻辑就闭环了。

而今年之所以中微亿芯能在产业领域获得如此成绩,还要归功于浙大中控对公司产业投资所带来的影响;2023年—2024年期间,已完成全系列FPGA国产化代替。

从中微亿芯处了解到,当前在产业领域,公司的精力会相对聚焦,主要覆盖工控、图像处理和电力控制领域。

对此,单悦尔举例道:“在电力控制上,包括储能的控制,原来都是用MCU来做的,但随着储能站的电池阵列越来越大,每个节点都放一颗MCU的成本较高,而采用FPGA方案的话,1颗就能控制整个阵列,效率和成本优势很明显。”

此外,在产业领域,中微亿芯在领域定制和小型化集成方面拥有自己的特色。在领域定制方面,比如带HBM接口FPGA产品,中微亿芯在国内是首创,它能够满足下一代网络传输对超高带宽的要求,某通讯公司目前所有的交换机里面用的FPGA都是赛灵思的,因为没有国产芯片可替代,但这些元件未来会越来越难买,或者价格会很高,比如几万块钱一片,这在产业领域是非常高的价格,所以中微亿芯想切入这个市场。在小型化集成方面,中微亿芯表示,其产品具有软硬件结合的特色,后面的迭代速度会较快。

国产FPGA,“融核创芯”是新的机会点

在高端FPGA市场,受到工艺的限制,7nm及以下的产品谱系准入门槛太高。而在中端市场,这样的限制就会小很多,国内28nm、22nm的性价比较高,加上客户对供应链自主可控的诉求,国内几家FPGA厂商有足够的能力来拿下本土重要中端市场。

而这几年,在国产FPGA市占率逐渐上升的趋势中,我们看到“融核创芯”是新的机会点。

中微亿芯表示,未来公司将朝着3D、Chiplet和异构的SoC和SIP的方向去发展。

当前,中微亿芯已经在SoC的研制方面有了不少技术累积,包括:

1、  采用全新架构的设计,通过异构将处理器和FPGA进行有效的融合,支持双核CPU,主频高达800MHz,8路AXI内部互联支持PL和PS之间的数据传输,支持PL和PS侧共享芯片内错误、中断信号,采用统一地址映射,支持级联调试模式,可同时对PS和PL进行代码调试开发。

2、  采用全新的DDR的设计方法,通过自底向上和自顶向下的两重设计方法,实现软件代码的革新,使DDR的性能功耗达到最优配比;在设计兼容性方面,全面对标赛灵思Zynq-7045;在封装兼容性方面,采用倒装工艺,并提供兼容对标器件的PCB设计指导。

3、  在系统集成方案方面,采用由海外和本土团队共同打造的第一代SoC辅助开发环境,其中前端自动化集成工具能够实现大小写自动转换、字符模湖匹配、内嵌教学公式计算、宏定义自动裁剪、端口自动声明和生成、端口自动连接等功能;同时,芯片采用静态检查的方式来保证连接(Lint)、跨时钟域(CDC)、复位同步(RDC)的正确性,为了保证环境的统一和易用,静态检查使用python脚本来处理和生成batch运行环境并自动运行。

4、  在验证方法上面,采用系统级软硬件协同验证的方法,通过FPGA模拟ARM内核,验证对ViVado原生态SDK环境的支持,来保障可编程逻辑和ARM核的兼容性,降低用户在国产化替代过程中移植开发的难度。

5、  在PS侧后端实现方面,采用自顶向下的方法,分别对CPU和DDR进行后端设计,再通过纯数字化流程实现进行芯片整体的集成,可以严格保证时序的准确性。

在此基础上,中微亿芯发布了高性能可编程SoC/SIP系列——ARM A9处理器SoC Z7,及以7系列FPGA为核心的SIP电路

基于以上技术突破,未来1-2年,中微亿芯的产品规划如下:

1、研制出对标UltraScale的3D-4亿门级FPGA芯片;

2、研制出采用RISC-V内核(对标A53)的采算一体RF-SoC;

3、研制出采用RISC-V 8核(对标A78),基于“CPU+FPGA+AI”架构的ACAP异构融核计算芯片。

EDA人才缺乏,依旧是国产FPGA企业的发展痛点

商业布局,人才先行。

在FPGA领域,以赛灵思的人员架构为例,它在设计、软件、应用支持方面的人才比例是1:1:1。而对于国内FPGA厂商来讲,产品兼容性好的前提是软件要做好,这些企业当前在软件方面的投入力度是远远不够的。以中微亿芯为例,在人员配比上,340人的国内团队中,纯研发的有290人,研发投入比例高达70%,但EDA软件开发当前只有30人,不足整体员工数量的1/10。那么问题出在哪里呢?

单悦尔表示:“当前EDA的人才太少了,有EDA专业的高校就只有几所,当前中微亿芯在和高校做联合培养,包括海外的高校,如爱丁堡大学。另外,在国家的支持下,也有一些海外引智的计划,包括和那边的教授做一些联合开发。就目前而言,欧洲相比美国,开放度还是会高一些,目前从美国引进软件专家的可能几乎为零。”

所以,EDA人才缺乏,依旧是国产FPGA企业的发展痛点,而要解决该痛点,必须要做长线布局,包括教育体系的改革。

写在最后

中微亿芯之所以名字中含“亿芯”二字,因为公司成立之初的愿景是:有朝一日,要研制出中国自主的1亿门级FPGA芯片,而当时全球最先进的是赛灵思的5000万门FPGA芯片。

如今,中微亿芯已经跨过了1亿门级FPGA的槛,但在更大容量FPGA芯片的研制过程中,同样面临工艺线卡脖子的问题。与此同时,中国又是全球最大的FPGA需求国,因此,未来国内可编程芯片的方向,必定会从普遍通用向领域定制转化,以用户需求牵引的可编程SoC和异构计算平台化芯片会成为主流。而中微亿芯也将跟随时代步伐,往异构、3D、处理器融合等方向重点发展。

据悉,为了更好地支撑研发投入,加快公司市场化运作步伐,按照中国电科战略规划预计2025年对中微亿芯进行股改,2026年开始推行上市,启动IPO工作。

 

 

推荐器件

更多器件
器件型号 数量 器件厂商 器件描述 数据手册 ECAD模型 风险等级 参考价格 更多信息
ATF22V10C-15PU 1 Microchip Technology Inc IC PLD 10MC 15NS 24DIP

ECAD模型

下载ECAD模型
$1.85 查看
10M08DAU324C8G 1 Intel Corporation Field Programmable Gate Array, 8000-Cell, CMOS, PBGA324, 15 X 15 MM, 0.80 MM PITCH, ROHS COMPLIANT, UBGA-324
$68.31 查看
5M1270ZF256C5N 1 Intel Corporation Flash PLD, 10ns, 980-Cell, CMOS, PBGA256, 17 X 17 MM, 1 MM PITCH, LEAD FREE, FBGA-256
$41.28 查看

相关推荐

电子产业图谱