1.2萬
近期正好在循著國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行重點企業(yè)的梳理，而之前一直沒有太多機(jī)會和中科芯FPGA專家們來聊一聊，其子公司無錫中微億芯有限公司（以下簡稱“中微億芯”）在FPGA領(lǐng)域的競爭力和當(dāng)前國產(chǎn)FPGA賽道的整體現(xiàn)狀。
巧合的是，近日我的FPGA文章被中微億芯的專家看到了，同時我也收到了來自中微億芯的邀請，讓我采訪一下中微億芯總經(jīng)理單悅爾，通過這次訪談，加深了我對國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識，遂躍躍欲試，想與大家分享一些信息。
圖 | 中微億芯總經(jīng)理單悅爾
中微億芯公司簡介
中微億芯成立于2013年，系中國電子科技集團(tuán)有限公司旗下子公司，從2002年開始從事可編程芯片的研制，是國內(nèi)最早做可編程技術(shù)研究的單位之一，早期主做CPLD、GAL這些小規(guī)模邏輯單元，現(xiàn)已擁有FPGA全流程設(shè)計能力，具備16nm FPGA批產(chǎn)能力以及12nm FPGA設(shè)計能力，是全球第四家擁有億門級FinFET FPGA系列芯片量產(chǎn)供貨能力的公司。
下面簡單介紹一下中微億芯FPGA發(fā)展的各個重要時間節(jié)點：
2002年，研制出基于0.8μm工藝的GAL。
2004年，研制出基于0.8μm工藝的CPLD。
2006年， 開始接國家課題，研發(fā)基于0.5μm工藝的10萬門級FPGA。
2009年，研制出基于0.35μm工藝的20萬門級FPGA。
2011年，研制出基于0.25μm工藝的FPGA，對標(biāo)賽靈思的Qro Virtex系列。
2012年，中微億芯、復(fù)旦微電、紫光等7家單位完成百萬門級FPGA的開發(fā)。
2013年，在中國電科的戰(zhàn)略部署下，引進(jìn)海外團(tuán)隊，重點打造全自主的架構(gòu)、軟件和開發(fā)方案。
2015年，研制出基于65nm工藝的FPGA，對標(biāo)賽靈思V4系列。
2016-2017年，并成功研制“億芯一號、“億芯二號”，邏輯門數(shù)達(dá)到250萬、600萬和1000萬，其中1000萬門級產(chǎn)品采用了40nm制程工藝。
2018年，在國家課題的牽引下，公司成功研制國內(nèi)第一顆全自主架構(gòu)的FPGA，容量達(dá)到3500萬門，但自主架構(gòu)在兼容性方面表現(xiàn)一般，出貨量很低。
2019年，公司成功研制“億芯三號”、億芯四號”，邏輯門數(shù)達(dá)到7000萬，對標(biāo)賽靈思V7系列；同年，中微億芯進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化和員工持股的改制，簡稱“混改”，2019年年底改制完成。
2020年，中微億芯正式開始公司化、市場化運(yùn)作；同年推出SIP產(chǎn)品（微系統(tǒng)）。
2021年-2022年，在國家重點研發(fā)計劃的牽引下，中微億芯成功研制基于FinFET工藝的全自主架構(gòu)的1億門級FPGA產(chǎn)品JYX1000T，并于2022年推出；2022年，公司融資7.13億元，領(lǐng)投方是浙大中控。
2023-2024年，公司不斷擴(kuò)寬基于FinFET工藝的FPGA產(chǎn)品譜系，當(dāng)前已成為國內(nèi)FinFET工藝下量產(chǎn)產(chǎn)品種類最多的單位；同年在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)貨量預(yù)計突破100萬顆。
單悅爾表示：“今天，中微億芯將自己定義為FPGA行業(yè)的追趕者，希望和先發(fā)企業(yè)做不一樣的產(chǎn)品，以用戶為驅(qū)動，在特定的領(lǐng)域中做出自己的特色?！?/p>
國產(chǎn)FPGA賽道上，如何正為一名好的追趕者？
中國的FPGA行業(yè)正在經(jīng)歷從百家爭鳴到聚沙成塔的過程。換一個角度來說，目前已經(jīng)從跟蹤研仿國外FPGA芯片蛻變?yōu)樽灾鞫x、自主架構(gòu)、自主軟件的國產(chǎn)FPGA生態(tài)體系構(gòu)建初見雛形。
未來幾年中國的FPGA企業(yè)預(yù)計會從目前的10家左右濃縮成3-4家，并且這幾家的產(chǎn)品形態(tài)、技術(shù)路線都會有各自的特點，形成差異化競爭。
那么，除中微億芯外，當(dāng)前主流的幾家FPGA產(chǎn)品線都有些什么特色呢？下面我們從不同的維度來盤點一下：
- 自主架構(gòu)
國內(nèi)純自主架構(gòu)做得最好的是紫光同創(chuàng)，紫光同創(chuàng)也是2013年成立的，當(dāng)時紫光國微主攻做國產(chǎn)替代，另外專門拉了一個團(tuán)隊出來成立了紫光同創(chuàng)，并制定了兩大目標(biāo)：第一、要做全自主研發(fā)的產(chǎn)品；第二，瞄準(zhǔn)華為，要進(jìn)移動通信。經(jīng)過十多年的努力，紫光同創(chuàng)成為國內(nèi)給華為供貨量最大的FPGA廠商，同時在產(chǎn)業(yè)FPGA領(lǐng)域，不管是在技術(shù)領(lǐng)先性、產(chǎn)品成熟度、市場規(guī)模，還是商業(yè)化程度上，紫光同創(chuàng)都是國內(nèi)最領(lǐng)先的。
此外，在自主架構(gòu)方面做的第二好的是安路科技，但安路科技的產(chǎn)品架構(gòu)類似于Lattice，在容量方面很難做大。
- 容量規(guī)模
國內(nèi)有四家具備億門級FinFET FPGA芯片研發(fā)能力的公司，分別是：紫光同創(chuàng)、中微億芯、復(fù)旦微電和易靈思。另外，蘇州異格也在做，但目前還沒有出產(chǎn)品。
而在小容量FPGA領(lǐng)域，市場整體體量不大，競爭卻非常激烈。光FPGA廠商就包括高云、智多晶、京微齊力，以及后面進(jìn)來的中科億海微等。與此同時，在小容量FPGA市場上，競爭對手除了FPGA廠商外，還包括MCU廠商、單片機(jī)廠商，甚至還有買了RISC-V內(nèi)核自己設(shè)計芯片的“快食型”企業(yè)。
- 兼容性能
一款FPGA產(chǎn)品面世后的好壞，由用戶說了算，而在國產(chǎn)FPGA芯片產(chǎn)業(yè)還沒有成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的時候，產(chǎn)品的定義主導(dǎo)權(quán)就還在國外三大巨頭的手中。
在國產(chǎn)FPGA的兼容性方面，國內(nèi)做的最好的是復(fù)旦微電，可以原位替代的國外競品，所以在國產(chǎn)替代市場上，復(fù)旦微電的市占率最高。
對此，單悅爾分析道：“在這樣的競爭環(huán)境中，中微億芯雖然起步較早，但中間跑慢了，所以把自己定義為一位追趕者。作為追趕者，劣勢是沒有足夠的融資渠道，團(tuán)隊規(guī)模和資金規(guī)模比不了已上市的企業(yè)，所以只有兩條路可走：1、做差異化的產(chǎn)品，在一些其他公司沒有做的產(chǎn)品領(lǐng)域做出自己的特色；2、在相同的情況下，采用更先進(jìn)的工藝，做功耗更低、成本更低的產(chǎn)品?！?/p>
“好在經(jīng)過近10年的研發(fā)和努力，從最初的反向到后來的自主創(chuàng)新，已經(jīng)走出了一條屬于中微億芯自己的FPGA國產(chǎn)化之路——從邏輯代碼開發(fā)到版圖設(shè)計，全部采用正向開發(fā)；但在封裝和資源匹配度上，公司依舊會重點考慮和市場主流產(chǎn)品的兼容性問題?！?單悅爾補(bǔ)充道。
值得一提的是，中微億芯在引進(jìn)比特大陸和英特爾兩個團(tuán)隊后，其產(chǎn)品的確比同類型28nm、16nm工藝下的競品，在低功耗設(shè)計和溫升方面的表現(xiàn)更佳。
跨過億門級的檻， 產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出貨達(dá)100萬顆
現(xiàn)階段，中微億芯已突破億門級FPGA器件自主研制瓶頸，形成了自主億門級FPGA架構(gòu)，支持異構(gòu)集成和系列化擴(kuò)展，完成了30余款產(chǎn)品的研制并推向市場。在此基礎(chǔ)上，2022年公司實現(xiàn)營收2.58億元，2023年營收突破3.5億元。
在高可靠FPGA領(lǐng)域，中微億芯市場占比連年遞增，2021年占比9%，2022年占比11%，排名全國前三（統(tǒng)計口徑包括FPGA芯片、SoC/SIP產(chǎn)品，以及基于FPGA的板卡產(chǎn)品）。
但高可靠FPGA容量是有限的，預(yù)計再過幾年，會固定在8-10億的規(guī)模。而目前國產(chǎn)FPGA的市場規(guī)模約50億元，預(yù)計到2025年將會超過300億元，其中大量的市場需求在產(chǎn)業(yè)市場。
因此，中微億芯作為中國電科的子公司，除了研制大容量高可靠FPGA之外，未來會投入更多的資源在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
對此，單悅爾欣喜道：“當(dāng)前，公司FinFET工藝的產(chǎn)品出貨有5款，雖然量還有一個上升的過程，但我們認(rèn)為這是我們跑得最快的產(chǎn)品，2021年第一顆FinFET工藝FPGA出來后，本身那顆沒賣多少，但它的4顆衍生品都賣的比較好，特別主推的低功耗系列FPGA在產(chǎn)業(yè)市場今年的出貨量會超過100萬顆，這不僅可以帶來銷售收入的提升，還能加強(qiáng)我們在供應(yīng)鏈側(cè)的議價話語權(quán)?！?/p>
據(jù)了解，全系列低功耗FPGA同樣采用FinFET工藝，邏輯資源只有2000萬門左右，但工藝和底層邏輯庫是和億門級的產(chǎn)品互通的。未來，基于累積的大量底層邏輯庫，采用從上往下裁剪的方法來研發(fā)芯片時，可能只需要4-5個月，再把NRE費用攤薄到未來市場，商業(yè)邏輯就閉環(huán)了。
而今年之所以中微億芯能在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得如此成績，還要歸功于浙大中控對公司產(chǎn)業(yè)投資所帶來的影響；2023年—2024年期間，已完成全系列FPGA國產(chǎn)化代替。
從中微億芯處了解到，當(dāng)前在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，公司的精力會相對聚焦，主要覆蓋工控、圖像處理和電力控制領(lǐng)域。
對此，單悅爾舉例道：“在電力控制上，包括儲能的控制，原來都是用MCU來做的，但隨著儲能站的電池陣列越來越大，每個節(jié)點都放一顆MCU的成本較高，而采用FPGA方案的話，1顆就能控制整個陣列，效率和成本優(yōu)勢很明顯?！?/p>
此外，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，中微億芯在領(lǐng)域定制和小型化集成方面擁有自己的特色。在領(lǐng)域定制方面，比如帶HBM接口FPGA產(chǎn)品，中微億芯在國內(nèi)是首創(chuàng)，它能夠滿足下一代網(wǎng)絡(luò)傳輸對超高帶寬的要求，某通訊公司目前所有的交換機(jī)里面用的FPGA都是賽靈思的，因為沒有國產(chǎn)芯片可替代，但這些元件未來會越來越難買，或者價格會很高，比如幾萬塊錢一片，這在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域是非常高的價格，所以中微億芯想切入這個市場。在小型化集成方面，中微億芯表示，其產(chǎn)品具有軟硬件結(jié)合的特色，后面的迭代速度會較快。
國產(chǎn)FPGA，“融核創(chuàng)芯”是新的機(jī)會點
在高端FPGA市場，受到工藝的限制，7nm及以下的產(chǎn)品譜系準(zhǔn)入門檻太高。而在中端市場，這樣的限制就會小很多，國內(nèi)28nm、22nm的性價比較高，加上客戶對供應(yīng)鏈自主可控的訴求，國內(nèi)幾家FPGA廠商有足夠的能力來拿下本土重要中端市場。
而這幾年，在國產(chǎn)FPGA市占率逐漸上升的趨勢中，我們看到“融核創(chuàng)芯”是新的機(jī)會點。
中微億芯表示，未來公司將朝著3D、Chiplet和異構(gòu)的SoC和SIP的方向去發(fā)展。
當(dāng)前，中微億芯已經(jīng)在SoC的研制方面有了不少技術(shù)累積，包括：
1、? 采用全新架構(gòu)的設(shè)計，通過異構(gòu)將處理器和FPGA進(jìn)行有效的融合，支持雙核CPU，主頻高達(dá)800MHz，8路AXI內(nèi)部互聯(lián)支持PL和PS之間的數(shù)據(jù)傳輸，支持PL和PS側(cè)共享芯片內(nèi)錯誤、中斷信號，采用統(tǒng)一地址映射，支持級聯(lián)調(diào)試模式，可同時對PS和PL進(jìn)行代碼調(diào)試開發(fā)。
2、? 采用全新的DDR的設(shè)計方法，通過自底向上和自頂向下的兩重設(shè)計方法，實現(xiàn)軟件代碼的革新，使DDR的性能功耗達(dá)到最優(yōu)配比；在設(shè)計兼容性方面，全面對標(biāo)賽靈思Zynq-7045；在封裝兼容性方面，采用倒裝工藝，并提供兼容對標(biāo)器件的PCB設(shè)計指導(dǎo)。
3、? 在系統(tǒng)集成方案方面，采用由海外和本土團(tuán)隊共同打造的第一代SoC輔助開發(fā)環(huán)境，其中前端自動化集成工具能夠?qū)崿F(xiàn)大小寫自動轉(zhuǎn)換、字符模湖匹配、內(nèi)嵌教學(xué)公式計算、宏定義自動裁剪、端口自動聲明和生成、端口自動連接等功能；同時，芯片采用靜態(tài)檢查的方式來保證連接（Lint）、跨時鐘域（CDC）、復(fù)位同步（RDC）的正確性，為了保證環(huán)境的統(tǒng)一和易用，靜態(tài)檢查使用python腳本來處理和生成batch運(yùn)行環(huán)境并自動運(yùn)行。
4、? 在驗證方法上面，采用系統(tǒng)級軟硬件協(xié)同驗證的方法，通過FPGA模擬ARM內(nèi)核，驗證對ViVado原生態(tài)SDK環(huán)境的支持，來保障可編程邏輯和ARM核的兼容性，降低用戶在國產(chǎn)化替代過程中移植開發(fā)的難度。
5、? 在PS側(cè)后端實現(xiàn)方面，采用自頂向下的方法，分別對CPU和DDR進(jìn)行后端設(shè)計，再通過純數(shù)字化流程實現(xiàn)進(jìn)行芯片整體的集成，可以嚴(yán)格保證時序的準(zhǔn)確性。
在此基礎(chǔ)上，中微億芯發(fā)布了高性能可編程SoC/SIP系列——ARM A9處理器SoC Z7，及以7系列FPGA為核心的SIP電路。
基于以上技術(shù)突破，未來1-2年，中微億芯的產(chǎn)品規(guī)劃如下：
1、研制出對標(biāo)UltraScale的3D-4億門級FPGA芯片；
2、研制出采用RISC-V內(nèi)核（對標(biāo)A53）的采算一體RF-SoC；
3、研制出采用RISC-V 8核（對標(biāo)A78），基于“CPU+FPGA+AI”架構(gòu)的ACAP異構(gòu)融核計算芯片。
EDA人才缺乏，依舊是國產(chǎn)FPGA企業(yè)的發(fā)展痛點
商業(yè)布局，人才先行。
在FPGA領(lǐng)域，以賽靈思的人員架構(gòu)為例，它在設(shè)計、軟件、應(yīng)用支持方面的人才比例是1:1:1。而對于國內(nèi)FPGA廠商來講，產(chǎn)品兼容性好的前提是軟件要做好，這些企業(yè)當(dāng)前在軟件方面的投入力度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。以中微億芯為例，在人員配比上，340人的國內(nèi)團(tuán)隊中，純研發(fā)的有290人，研發(fā)投入比例高達(dá)70%，但EDA軟件開發(fā)當(dāng)前只有30人，不足整體員工數(shù)量的1/10。那么問題出在哪里呢？
單悅爾表示：“當(dāng)前EDA的人才太少了，有EDA專業(yè)的高校就只有幾所，當(dāng)前中微億芯在和高校做聯(lián)合培養(yǎng)，包括海外的高校，如愛丁堡大學(xué)。另外，在國家的支持下，也有一些海外引智的計劃，包括和那邊的教授做一些聯(lián)合開發(fā)。就目前而言，歐洲相比美國，開放度還是會高一些，目前從美國引進(jìn)軟件專家的可能幾乎為零。”
所以，EDA人才缺乏，依舊是國產(chǎn)FPGA企業(yè)的發(fā)展痛點，而要解決該痛點，必須要做長線布局，包括教育體系的改革。
寫在最后
中微億芯之所以名字中含“億芯”二字，因為公司成立之初的愿景是：有朝一日，要研制出中國自主的1億門級FPGA芯片，而當(dāng)時全球最先進(jìn)的是賽靈思的5000萬門FPGA芯片。
如今，中微億芯已經(jīng)跨過了1億門級FPGA的檻，但在更大容量FPGA芯片的研制過程中，同樣面臨工藝線卡脖子的問題。與此同時，中國又是全球最大的FPGA需求國，因此，未來國內(nèi)可編程芯片的方向，必定會從普遍通用向領(lǐng)域定制轉(zhuǎn)化，以用戶需求牽引的可編程SoC和異構(gòu)計算平臺化芯片會成為主流。而中微億芯也將跟隨時代步伐，往異構(gòu)、3D、處理器融合等方向重點發(fā)展。
據(jù)悉，為了更好地支撐研發(fā)投入，加快公司市場化運(yùn)作步伐，按照中國電科戰(zhàn)略規(guī)劃預(yù)計2025年對中微億芯進(jìn)行股改，2026年開始推行上市，啟動IPO工作。
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