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FPGA频刷存在感 这块芯片究竟有何特别之处?

2019-08-23 08:50
浑水冷星
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日前赛灵思推出最大容量FPGA芯片,阿里达摩院也发布了关于AI语音的FPGA芯片技术。FPGA芯片有何特别之处?它和当下最热的5G、AI领域又有何关系呢?

据媒体报道,全球最大的可编程芯片(FPGA)厂商赛灵思日前正式推出了有史以来最大容量的FPGA芯片——Virtex UltraScale+ VU19P。

VU19P采用16nm工艺,基于Arm架构,拥有350亿颗晶体管,还拥有史以来单颗芯片最高逻辑密度、最大I/O数量(900万个系统逻辑单元、2072个用户I/O接口),用于当前最先进的AI芯片、5G芯片、汽车芯片的仿真与原型设计,2020年秋天上市。

而就在21日,阿里达摩院发布了一项关于AI语音的FPGA芯片技术——Ouroboros,该技术能将语音生成算法的计算效率提高百倍以上。

那么,FPGA究竟有什么特别之处?它的市场前景如何,又将催生怎样的投资机会呢?

FPGA是可以先购买再设计的“万能”芯片

FPGA(现场可编程门阵列),是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路,它能够按照设计人员的需求配置为指定的电路结构,让客户不必依赖由芯片制造商设计和制造的ASIC芯片,广泛应用在原型验证、通信、汽车电子工业控制、航空航天、数据中心等领域。

相对于ASIC,FPGA具有3点优势:

(1)灵活性:通过对FPGA编程,FPGA能够执行ASIC能够执行的任何逻辑功能。FPGA的独特优势在于其灵活性,即随时可以改变芯片功能,在技术还未成熟的阶段,这种特性能够降低产品的成本与风险,在5G初期这种特性尤为重要。

(2)上市时间:由于FPGA买来编程后既可直接使用,FPGA方案无需等待三个月至一年的芯片流片周期,为企业争取了产品上市时间。

(3)成本:FPGA与ASIC主要区别在后者有固定成本而FPGA方案几乎没有,在使用量小的时候,FPGA方案由于无需支付一次性百万美元的流片成本,同时也不用承担流片失败风险,FPGA方案的成本低于ASIC。随着使用量的增加,FPGA方案在成本上的优势逐渐缩小,超过某一使用量后,ASIC方案由于大量流片产生了规模经济,在成本上更有优势。

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FPGA市场规模虽小 5G和AI带来确定性增长

根据WSTS的数据,2018年全球集成电路市场规模达到4688亿美元,同期全球FPGA市场规模约63亿美元,仅占集成电路市场约1.34%。市场虽小,但未来受益于5G基础设施全球布局及AI技术持续发展,FPGA行业需求量增长具确定性。

5G时代,FPGA市场面临量价齐升机遇。由于FPGA主要用在收发器的基带中,5G时代由于通道数的增加,计算复杂度增加,所用 FPGA的规模将增加,由于FPGA的定价与片上资源正相关,未来通信领域FPGA单颗成本也将上升,目前基站收发器中的FPGA单价通常在几百元人民币的范围,未来有望进一步提高。收发器的主要成本和功耗由基带部分贡献,未来技术复杂度将再次推升收发器成本,进而传导到基站AAU价格上升。

5G带来的FPGA出货量提高来源于两方面。一是通信基站数量提高带动FPGA零部件用量提高。5G初期基站铺设数量环比提高,另一方面由于5G信号衰减较快,小基站需求量巨大,未来十年有望超1000万座,同比4G时期增长明显。二是单基站FPGA用量提高带动FPGA通信市场用量整体提高。由于5G Massive MIMO的高并发处理需求,单基站FPGA用量有望从4G时期2-3块提高到5G时期4-5块,将带动FPGA整体用量。

FPGA频刷存在感 这块芯片究竟有何特别之处?

此外,FPGA由于其灵活性及高速运算能力,在AI加速卡领域应用广泛。根据Semico Research的数据,AI领域FPGA市场规模2023年有望达52亿美元,相比于目前63亿美元的FPGA市场,AI领域的应用不可小觑。

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国内市场:紫光同创为龙头 领先同行一代

国内FPGA市场以紫光同创、上海安路、广州高云半导体为代表,也正在探索从消费级到通信端的市场机会。国内企业目前工艺技术最高且正在量产的40nm级,并在积极研发28nm 级产品,整体工艺水平较赛灵思落后约2-3代。

紫光同创(原名同创国芯)是深圳国微电子于2013年12月以货币资金1.5亿注册成立的子公司,专业从事FPGA的研发和销售。2017年11 月,为保证紫光同创持续研发投入以及加快产品市场化进程,促进其业务健康发展,公司控股股东对其进行增资2.51亿元,紫光国微持股比例由73%下降至36.5%,不再纳入合并报表。

紫光同创拥有国内行业最多的专利技术,最先进的生产工艺,其40nm产品可达2000+万门。国内同行200万门左右的55nm和65nm级产品,较紫光的工艺落后1代。新时代证券指出,FPGA方面,紫光国微积极推动Titan、Logos、Compact三个系列产品的应用及产业化,28nm工艺的新一代FPGA产品的研发进展顺利。受益于国产替代,未来成长空间巨大。

《科创板日报》(上海,季晟)

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