国产FPGA要争业界第三

王莹

摘要：本文从介绍京微雅格的CME-C1（祥云）芯片入手，分析了国产FPGA突破面临的机会和技术市场挑战。

关键词：FPGA；国产；京微雅格；40nm

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.2.005

不久前，京微雅格（北京）科技有限公司（CME）在京召开“国家科技重大专项核高基项目首颗高性能FPGA芯片暨京微雅格CME-C1（祥云）系列新品发布会”，宣布其面向大容量FPGA市场的“云”系列首款FPGA芯片，CME-C1（祥云）正式发布。

据悉，CME-CP采用TSMC（台积电）40nm CMOS工艺，逻辑容量从30K～200K不等。该系列产品使用了全新的LUT 6架构和32路全时钟网络，运行速度可达到700M Hz。此外，针对高速大容量市场的应用需求，CME-C1还整合了高速Serdes接口，最高可达6.5 G，1333Mbps的硬核DDR2/3控制器和硬核PCle接口以及36*18的DSP处理器。

京微雅格董事长兼CEO刘明博士称，CME-C1是其“云”系列FPGA的第一颗芯片，也是纳入“十二五”核高基重大科技专项的国家级创新项目。从2011年起，京微雅格就启动针对千万门级中高端FPGA产品的技术储备和研发，包括面向较大容量的芯片架构与软件原型设计，经过多年的市场调研与技术积累，CME-C1终于成功研发并在2015年底顺利通过各项性能测试。

“CME-C1可以被广泛地应用在广播通信、国防军工、金融安全、电力传输、仪器仪表等传统领域，也可用在机器人、无人机、大数据等新兴领域。”“可能你们也注意到了，在此次媒体发布的背景板上武汉虹信通信、普天通信技术研究院是作为京微雅格CME-C1发布的合作单位出现的。其实，不光在通信领域，国防军工、金融安全等CME-C1应用的目标领域，我们都做了长期而广泛的调研与评测，确保了CME-C1应用的针对性与有效性，”刘明博士补充说。

FPGA的优势

FPGA和CPU、内存芯片并称我国三大高端核心芯片。相较于ASSP和DASIC，FPGA在定制化、上市时间、工具成本、风险性、对新标准的适应性方面都具有优势。现在FPGA有越来越多的应用。而专用器件在制程工艺上较为落后，例如ASIC还停留在主流工艺65nm，先进的FPGA比ASIC高出三代（即20nm）。

FPGA市场很好，据Gartner统计，从2014年2023年，FPGA的年均增长率7%，涵盖从通信到消费类电子等。去年Intel斥资167亿美元并购了世界第二大FPGA厂商——Altera，就是看中了FPGA几乎什么都可以做的机会.因为CPU和DSP功能在很多地方都可用到。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，这是FPGA与CPU比较明显的区别。Intel等业界企业认为，今后IC是多核、异构的系统级芯片，有CPU、GPU、内存和FPGA等功能，还有IP核和接口。到2032年所有芯片都是可编程的。

技术研发像漫漫长夜

目前我国是世界最大的FPGA市场，市场份额约占40%。但是由于专利限制，只有5家厂商做出商用FPGA，即美国的两大两小和中国的京微雅格。

本土FPGA的研发“像漫漫长夜，当时不知能否熬到现在。”刘明博士回忆道。开始由于专利限制几乎寸步难行，只好另辟蹊径。所幸一些FPGA厂商的部分专利到期了，但仅仅这些还不够，京微雅格在关键地方得到了帮助——一家初创公司路没走通，京微雅格把他们的逻辑专利买回来，在此基础上继续研制。

当然，摸出来的架构还需要很长时间的磨合，进一步优化性价比。经过曲折道路和时间积累，才实现了目前的成果。

在战略上，京微雅格现有的架构可做到300K逻辑容量、28nm。公司正在预研新技术，甚至到10nm、7nm，将采用新架构。硬件与软件今年开始分开核算。近期硬件投入较大，因为产品多样性是主要差距，需要更多更快地推出产品来满足市场的需求。但FPGA 80%靠软件，因此未来将加大软件投入。

欢迎有民族情结的伙伴支持

目前，“我们在性能上不会差得很远。技术上有差距，但是差距不是很大。”刘明说。“所以我们最大的障碍不是技术差距，而是产品的多样性和市场成熟度。”

在多样性方面，因为竞争对手有三十多年的历史，一百多种芯片，可满足各种各样的需求。京微雅格才有7颗芯片。如果客户需要十几、二十几种芯片，竞争对手会进行打包销售。在产品成熟度方面，京微雅格需要磕磕碰碰的经验积累，就像微软Windows产品一样，推出后有大量用户使用，才能发现漏洞，不断完善，日臻成熟。

在市场接受度方面，一般客户用惯了某类产品，通常不愿意改，因为要重新学一套东西。因此没有绝对、必须的时候往往不会改。现在国家强调国产替代、国产化。很多行业和领域，国家也规定必须用或者鼓励用国产芯片，对京微雅格来说是利好消息。“国产FPGA需要合作伙伴的支持，尤其需要那些有民族情结的合作伙伴的支持。”

京微雅格的其他两个优势是：本土企业的特点是开发设计的能力较弱，希望原厂围绕芯片把解决方案做出来，这对京微雅格是很大的挑战，也会占用一定的资源，但是磨刀不误砍柴工，功夫不负有心人，就像当年联发科给山寨手机带来解决方案一样，一旦做出来，客户对京微雅格的依赖性会提高。另外本土公司在语言、文化、地域、时间上具有天然的优势。

具体地，京微雅格主打国防、安全、通信等和京微雅格匹配较好的客户，改变客户的使用习惯.另外在商业市场上，京微雅格也走在了前面，2015年出货了几十万块芯片，今年又在做重大专项.

此次CME-C1的推出不是定位于为做科研项目而作，而是在满足国家重大科技项目的需求下结合市场而作.这次CME-C1刚刚上千万级，是为了满足一部分客户需求，因为资源越多，如果用不出来就越浪费。

C1的竞争对手是Xilinx的Virtex-6，也是采用TSMC的45nm工艺，二者性能几乎相当，部分性能京微雅格甚至更先进，例如LVDS达到1.3G，Virtex-6是800M，Serdes客户是6.5G，京微雅格是10G，DSP数值也更高。Altera Stratix Ⅳ的内存和DSP数量等系统指标也没CME高。“无全兼容是最省事的替代。但我们要针对客户需求实现系统上的优势，例如客户需要Serdes高速接口，值得买竞争对手的高端器件。而我们的CP芯片已配上高速Serdes。”

要做FPGA第三大

中国FPGA市场占世界市场的40%，规模能够支持2～3家本土FPGA厂商。但和实力雄厚的国际厂商的竞争是很激烈的。“我经常鼓励员工。1964年中国跨入核门槛，当时有两大两小，美苏是两大，英法是两小，中国是第五。但中国由于有了核保护伞，赢得了几十年的建设时期。”今天FPGA市场也有两大两小，两大是Xilinx和Intel收购的Altera，两小是Lattice和Microsemi，京微雅格名列第五。“我们尽量赶上去，争取在2020年跻身世界第三！”