FPGA相對于ASIC 具有以下這些優(yōu)勢

日前賽靈思推出最大容量FPGA芯片，阿里達(dá)摩院也發(fā)布了關(guān)于AI語音的FPGA芯片技術(shù)。FPGA芯片有何特別之處？它和當(dāng)下最熱的5G、AI領(lǐng)域又有何關(guān)系呢？

據(jù)媒體報(bào)道，全球最大的可編程芯片（FPGA）廠商賽靈思日前正式推出了有史以來最大容量的FPGA芯片——Virtex UltraScale＋ VU19P。

VU19P采用16nm工藝，基于Arm架構(gòu)，擁有350億顆晶體管，還擁有史以來單顆芯片最高邏輯密度、最大I／O數(shù)量（900萬個(gè)系統(tǒng)邏輯單元、2072個(gè)用戶I／O接口），用于當(dāng)前最先進(jìn)的AI芯片、5G芯片、汽車芯片的仿真與原型設(shè)計(jì)，2020年秋天上市。

而就在21日，阿里達(dá)摩院發(fā)布了一項(xiàng)關(guān)于AI語音的FPGA芯片技術(shù)——Ouroboros，該技術(shù)能將語音生成算法的計(jì)算效率提高百倍以上。

那么，F(xiàn)PGA究竟有什么特別之處？它的市場前景如何，又將催生怎樣的投資機(jī)會(huì)呢？

FPGA是可以先購買再設(shè)計(jì)的“萬能”芯片

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列），是在硅片上預(yù)先設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的具有可編程特性的集成電路，它能夠按照設(shè)計(jì)人員的需求配置為指定的電路結(jié)構(gòu)，讓客戶不必依賴由芯片制造商設(shè)計(jì)和制造的ASIC芯片，廣泛應(yīng)用在原型驗(yàn)證、通信、汽車電子、工業(yè)控制、航空航天、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。

相對于ASIC，F(xiàn)PGA具有3點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）靈活性：通過對FPGA編程，F(xiàn)PGA能夠執(zhí)行ASIC能夠執(zhí)行的任何邏輯功能。FPGA的獨(dú)特優(yōu)勢在于其靈活性，即隨時(shí)可以改變芯片功能，在技術(shù)還未成熟的階段，這種特性能夠降低產(chǎn)品的成本與風(fēng)險(xiǎn)，在5G初期這種特性尤為重要。

（2）上市時(shí)間：由于FPGA買來編程后既可直接使用，F(xiàn)PGA方案無需等待三個(gè)月至一年的芯片流片周期，為企業(yè)爭取了產(chǎn)品上市時(shí)間。

（3）成本：FPGA與ASIC主要區(qū)別在后者有固定成本而FPGA方案幾乎沒有，在使用量小的時(shí)候，F(xiàn)PGA方案由于無需支付一次性百萬美元的流片成本，同時(shí)也不用承擔(dān)流片失敗風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn)PGA方案的成本低于ASIC。隨著使用量的增加，F(xiàn)PGA方案在成本上的優(yōu)勢逐漸縮小，超過某一使用量后，ASIC方案由于大量流片產(chǎn)生了規(guī)模經(jīng)濟(jì)，在成本上更有優(yōu)勢。

FPGA市場規(guī)模雖小 5G和AI帶來確定性增長

根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)，2018年全球集成電路市場規(guī)模達(dá)到4688億美元，同期全球FPGA市場規(guī)模約63億美元，僅占集成電路市場約1．34％。市場雖小，但未來受益于5G基礎(chǔ)設(shè)施全球布局及AI技術(shù)持續(xù)發(fā)展，F(xiàn)PGA行業(yè)需求量增長具確定性。

5G時(shí)代，F(xiàn)PGA市場面臨量價(jià)齊升機(jī)遇。由于FPGA主要用在收發(fā)器的基帶中，5G時(shí)代由于通道數(shù)的增加，計(jì)算復(fù)雜度增加，所用 FPGA的規(guī)模將增加，由于FPGA的定價(jià)與片上資源正相關(guān)，未來通信領(lǐng)域FPGA單顆成本也將上升，目前基站收發(fā)器中的FPGA單價(jià)通常在幾百元人民幣的范圍，未來有望進(jìn)一步提高。收發(fā)器的主要成本和功耗由基帶部分貢獻(xiàn)，未來技術(shù)復(fù)雜度將再次推升收發(fā)器成本，進(jìn)而傳導(dǎo)到基站AAU價(jià)格上升。

5G帶來的FPGA出貨量提高來源于兩方面。一是通信基站數(shù)量提高帶動(dòng)FPGA零部件用量提高。5G初期基站鋪設(shè)數(shù)量環(huán)比提高，另一方面由于5G信號(hào)衰減較快，小基站需求量巨大，未來十年有望超1000萬座，同比4G時(shí)期增長明顯。二是單基站FPGA用量提高帶動(dòng)FPGA通信市場用量整體提高。由于5G Massive MIMO的高并發(fā)處理需求，單基站FPGA用量有望從4G時(shí)期2－3塊提高到5G時(shí)期4－5塊，將帶動(dòng)FPGA整體用量。

此外，F(xiàn)PGA由于其靈活性及高速運(yùn)算能力，在AI加速卡領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。根據(jù)Semico Research的數(shù)據(jù)，AI領(lǐng)域FPGA市場規(guī)模2023年有望達(dá)52億美元，相比于目前63億美元的FPGA市場，AI領(lǐng)域的應(yīng)用不可小覷。

國內(nèi)市場：紫光同創(chuàng)為龍頭 領(lǐng)先同行一代

國內(nèi)FPGA市場以紫光同創(chuàng)、上海安路、廣州高云半導(dǎo)體為代表，也正在探索從消費(fèi)級到通信端的市場機(jī)會(huì)。國內(nèi)企業(yè)目前工藝技術(shù)最高且正在量產(chǎn)的40nm級，并在積極研發(fā)28nm 級產(chǎn)品，整體工藝水平較賽靈思落后約2－3代。

紫光同創(chuàng)（原名同創(chuàng)國芯）是深圳國微電子于2013年12月以貨幣資金1．5億注冊成立的子公司，專業(yè)從事FPGA的研發(fā)和銷售。2017年11 月，為保證紫光同創(chuàng)持續(xù)研發(fā)投入以及加快產(chǎn)品市場化進(jìn)程，促進(jìn)其業(yè)務(wù)健康發(fā)展，公司控股股東對其進(jìn)行增資2．51億元，紫光國微持股比例由73％下降至36．5％，不再納入合并報(bào)表。

紫光同創(chuàng)擁有國內(nèi)行業(yè)最多的專利技術(shù)，最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，其40nm產(chǎn)品可達(dá)2000＋萬門。國內(nèi)同行200萬門左右的55nm和65nm級產(chǎn)品，較紫光的工藝落后1代。新時(shí)代證券指出，F(xiàn)PGA方面，紫光國微積極推動(dòng)Titan、Logos、Compact三個(gè)系列產(chǎn)品的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，28nm工藝的新一代FPGA產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)展順利。受益于國產(chǎn)替代，未來成長空間巨大。