国产芯窘境形势大好却越走越艰难

2019年05月15日 来源:

日前,京微雅格经营上遭受困境在行业界引发不小的震动。有媒体声称,该公司在拖欠员工两个月的薪资后破产,更有媒体声称,京微雅格是打着自主 知识产权的旗帜浪费纳税人的钱,甚至被某些人中饱私囊。而后,京微雅格发布消息,公司在经营上产生了一定的困难,但是没有出现公司倒闭的情况,核心管理团队仍然坚守岗位。

本文想借此机会来探讨下,究竟什么是FPGA?在FPGA市场需求旺盛的情境下,究竟是什么原因导致曾取得过核高基专项的京微雅格反而遭受经营窘境?

什么是FPGA?

提到FPGA就不能不提ASIC,ASIC是一种数字芯片,用处广泛,比如MP3解码、视屏解码等方面,前段时间伴随着人工智能名声大噪的寒武纪其实也 是ASIC的一种。ASIC的优点是通过固化的逻辑功能和大规模的工业化生产,降低了芯片的成本,同时提高了产品的可靠性。

但是,正是因为ASIC具有针对大规模的工业化生产的特点,导致在小批量、个性化的产品市场方面,其固化的逻辑功能没法满足需求,因此,可编程的FPGA应运而生。

FPGA是现场可编程门阵列,也就是一个可以在其上编程的芯片,相对于CPU的编程(CPU功能既可软件编程也可硬件编程,但CPU主要软件编 程),FPGA是硬件编程,是软件化的硬件。用户可以在FPGA上编程实现一个特殊的硬件加速算法,比如精确指导武器上的地图匹配算法,也可以通过编程模 拟CPU的微结构设计,比如飞腾发布的64核服务器芯片火星的SPEC2006测试有可能就是用FPGA模拟的。

目前,全球FPGA芯片市场规模大约50亿美元左右,近90%的市场被赛灵思和阿尔特拉占据,剩下的残羹冷炙则被莱迪思和美高森美瓜分,这四家美国公司基本垄断了FPGA市场的绝大部分市场份额。

FPGA发展简史:赛灵思和Altera双雄争霸

自1984年赛灵思公司推出了片FPGAXC2064,XC2064采用2微米工艺,包含64个逻辑模块和85000个晶体管,门数量不超过 1000个,以现在的眼光看,这个FPGA根本无用(现在国产都能做到2000万门),而在当时来说亦是如此,只能在胶合逻辑领域尚存立锥之地。

直到1991年赛灵思公司推出XC4000系列FPGA后,赛灵思公司才真正走上商业化的正途,特别是FPGA可以为业界提供良好的测试能力得到了大家的青睐和认可,而XC4000系列FPGA也成为在90年代赛灵思公司主要收入来源。

FPGA双雄之一的Altera公司在赛灵思公司推出XC2064的同时,也推出了自己的EP300系列FPGA,在随后的日子里与赛灵思公司1并称 雄。1998年,赛灵思公司推出 Virtex系列FPGA,不但在技术上实现了一次飞跃,还为公司带来了颇为客观的收入。随后赛灵思并购了 Philips CoolRunner,并在2000年实现收入突破10亿美元。

在近几年,FPGA更是得到飞速发展,并逐渐形成两大两小的市场格局。  两大是指赛灵思和Altera,两小是指莱迪思和Actel。赛灵思和阿尔特拉着力于拼技术、拼工艺,其FPGA产品常常采取的工艺,并 且将工艺的潜力挖得很透赛灵思和阿尔特拉的FPGA已经开始着手采用的1X nm工艺,相比之下,国内FPGA厂商依旧在使用 40nm/55nm工艺......

随着上次竞争加重,美国半导体公司开始了一些列并购,FPGA市场也迎来一次局部巨变美高森美收购Actel,Intel收购Altera。这使赛灵思能否继续蝉联业界老大的地位埋下了一丝变数。

没有FPGA,90%以上的大型军用电子设备难以发挥作用  相对广为人知的CPU,在军用领域,龙芯、申威等自主CPU已经铺开,而国产DSP也局部军用,待可靠性和稳定性得到充分验证后即可铺开。惟独在 PFGA领域,虽然低端FPGA国内无论从事正向设计,还是从事反向设计的公司/单位都能满足军队需求,但高端FPGA则基本需要进口。

对中国毫无疑问是一个隐患由于如果没有FPGA,90%以上的大型军用电子设备将难以发挥作用!

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其关键的部件就行),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,而每一个单元就含一个FPGA芯片。而如果没有FPGA,相控阵雷达将成为一个摆设。

相对民间具有大量库存的PC和服务器CPU,一些高端FPGA仅仅用于军事等特殊领域,因而民间鲜有库存,而且一片几万元的价格,太高的渠道积压成本使渠道商也很少去储备。

如果要去正常定货,光订货发货周期就要几个月。即便向第三国购买,和中国关系较好的亚非拉兄弟国家根本不存在高端FPGA的市场需求,而有库存的全是和 美国站在同一战壕的西方国家,可以假想,一旦产生战争,在现有库存快速消耗的情况下,将严重影响高精尖武器和信息化装备的补充。

(传该图为J10相控阵雷达)  FPGA需求旺盛,京微雅格却为什么遭遇困境?

2003年,京微雅格的前身雅格罗技在美国硅谷创立,2005年与清华大学合作迁至北京,2010年京微雅格(北京)科技有限公司成立。在起步之处,由 于赛灵思和阿尔特拉占据了超过90%的市场份额,并和莱迪思、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逐的道路。 京微雅格初就由于专利限制几近寸步难行,只好另辟蹊径购买了美国CSwitch公司,以收购取得的专利,加上一些FPGA厂商的部份到期专利为基 础,并终成功开发出了自己的Tile架构。

2011年,在做了数年技术积累后,京微雅格走上商业化道路,当年营业收入为129万元人民币,2012年营业收入达305万人民币。在2014年和2015年月,京微雅格营业收入为708.32万元和692.46万元。

目前,京微雅格共申请了200多项专利,并拥有90多项已授权专利。共开发了山、河、星、云四大系列产品,其中于今年年初发布的 CME-C1采用台积电的40nm CMOS工艺,容量达2000万门级别,按照京微雅格的PPT,CME-C1的竞争对手是赛灵思的kintex7、 Virtex-6,而且在局部性能上,京微雅格还具有优势,比如CME-C1的LVDS到达1.3G,Virtex-6是800M,在比如CME-C1的 Serdes达10G,而Virtex-6是6.5G。

根据京微雅格的提供的数据,CME-C1基本达到了国外中低端FPGA产品的性能,可以局部替换国外同类型产品。虽然京微雅格和赛灵思、阿尔特拉等国外巨头差距较大,但在国内从事FPGA开发的公司中无疑是佼佼者,处于地位。?

因此,有媒体声称京微雅格是严重依赖政府经费的公司,并且是打着自主知识产权的旗帜浪费纳税人的钱,乃至被某些人中饱私囊。

笔者认为这类指控未免太过诛心,在任何一个高度技术垄断的行业,后来者要想打破前者的垄断,很大程度上需要政府的扶持,即便是高端大气上档次的美国科技 公司,为了打破中国对KBBF晶体的技术垄断,也是由美国政府出资(启动资金为15万,后多次追加,美官方披露数据为数百万美元),由美国APC公司 (联邦国有企业)与克莱门森大学合作研发,耗时6年才完成技术突破。

与此同时,中国已完成第二代晶体材料RABF的研发工作,估计美国若要打破中国对RABF晶体的技术垄断,还必须是依托联邦政府出资。

另外,京微雅格确实拿出了实打实的技术成果,和汉芯之流如云泥之别,所谓骗经费指控恐怕并不妥当。

京微雅格堕入困局的原因究竟是什么?

在过去10多年里,Intel、IBM、摩托罗拉、飞利浦、东芝、3星等60多家公司曾试图涉足FPGA领域,但纷纭遭致惨败。这其中的缘由就在于进入门槛高,主要有以下几点原因:

首先是专利技术壁垒。赛灵思、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Intel,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。

其次是市场相对偏小。全球FPGA市场总额仅为50亿美元,而Intel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屹立不倒。

是领导对FPGA不够重视。从近的看,国家对CPU、存储芯片等投入了大量资金,但对FPGA的投入则非常少,的动作仅仅是紫光收购莱迪 思6.07%的股权。京微雅格在承接2014年国家科技重大专项FPGA研发与产业化运用课题时,取得了4.5亿元人民币的资金,但其中国家拨款、地方资 金和企业自筹经费也是按1:1:1配套的,而非全部国家经费投入。

FPGA前景如何?

FPGA技术门槛极高,用处非常广泛,可以用于航天、航空、电子、通信、导弹、雷达、高端波束形成系统等国防领域。比如,在2013年,美国军事与航空 电子就曾报道美国国防后勤局(DLA)的官员计划采购一批XC2V2000 Virtex-2型现场可编程门阵列,用于监视、侦察和火控系统中红外传感 器的数据处理。再比如国内一些公司和科研院所专门设计供航天以及军队所需的FPGA。此外,FPGA也可被用于医疗装备,比如超声波检测仪、CT扫描仪、 核磁共振、x射线设备等。FPGA还能被用于消费品电子、汽车电子、机器人、数据挖掘、工控等领域。

随着机器人、无人机、大数据、物联 、无人驾驶、5G通讯的兴起,FPGA的市场前景会越来越广,据Gartner统计,从2014年到2023年,FPGA的年均增长率达7%。因此,虽 然FPGA市场相对于CPU市场而言,照旧会是相对小众的市场,但市场前景在未来会保持稳定增长状态。

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