众所周知,每种芯片都有它固定的运用处景。比如高通的芯片不能在windows下运行,苹果A系列、M系列处理器无法用在安卓机上。而比亚迪的车规级IGBT芯片,也仅能承担新能源汽车电子系统的功率转化任务。
那有没有一种芯片,可以按照人们的须要,随时变成任意一种芯片,并发挥对应的运算功能呢?还真有,那便是有着“万能芯片”之称的FPGA芯片。
如今,FPGA芯片已经成为通信设备必备芯片。然而,从1985年FPGA芯片在美国出身以来的20年,中国在这项顶级技能上一贯被美国公司100%垄断着。

如今,又过去了近20年,中国在FPGA芯片领域,实现国产替代了么?
一、FPGA芯片,究竟“万能”在哪?FPGA芯片,又称“现场可编程门阵列”芯片,个中的“可编程”三个字,正是它“万能”上风的集中表示。
常规的硬件芯片,每每依托特定的指令集来实现特定的功能。只需置入到可运行环境,芯片便可以自动运转,无需操作职员指挥。但作为代价,常规芯片的设计电路以及运行逻辑也因此固定下来。而FPGA芯片则完备不必默守陈规。
完成封装后的FPGA芯片,仅有内置的独立逻辑单元,并没有任何预设的打算功能;此外,FPGA芯片内部的金属连接线,可经用户编程,配置成任意的连接办法。
形象地讲,接入电路的FPGA芯片,就像一台新装系统的个人电脑,你不向它输入命令,它就原地立正,不做任何动作。而一旦你向它发送编程指令,它可以任由你的操作,在任何电路环境中驰骋。
比如你可以把它变成Pic单片机,作为微处理单元来支持各种大型电子仪器的运转;你可以将它编辑为驱动器,掌握恒河沙数的LED;经由编程配置后的FPGA芯片,乃至可以和大型CPU组成异质芯片系统组,进而用于5G、物联网、人工智能、航空航天等多个领域。
除了适应能力强,值得一提的是,FPGA芯片还有另一个显著上风:模拟能力。
由于是用根本编程指挥硬件运算,FPGA芯片运算不但速率更快,而且可以仿照特定芯片的打算功能。也便是说,FPGA芯片不仅啥都能变,而且变谁像谁!
堪称“芯片界的孙悟空”。
这种无与伦比的泛用性,让FPGA芯片自1985年出身起,就受到全体半导体领域的普遍重视。而在经历几十年的技能完善之后,FPGA芯片更是被业内公认为当前物联网革命中的必备半导体器件。
然而,在20年的韶光,我国并没有跟上FPGA芯片技能的东风。
二、外企全面领先,中国憾失落先手20世纪80年代,为了尽快摆脱经济困境,国家曾不得已下马了一批投入高昂、运作周期长、收益难以确定的科研项目。导致浩瀚早在60年代就立项的国产半导体项目,在这个期间,陷入了结束。
然而,也刚好是在80年代,半导体家当在发达国家进入到了第二个发展高峰期!
1985年,赛灵思(Xlinx)创始人Ross Freeman在美国加利福尼亚圣何塞市,制造出了天下上第一枚FPGA芯片,标志着研究攻关十多年的可编程逻辑器件,正式步入商品化阶段。而直到2005年,中国才开始对FPGA的立项研究。
就起步而言,我国和发达国家(紧张是美国)存在至少20年的差距。详细来说,这种差距表示在两个方面:
1、技能积累方面
环球两大FPGA芯片巨子——赛灵思(Xlinx)与阿尔特拉(Altera),拥有近9000项技能专利,专利范围险些涵盖了FPGA芯片从指标逻辑单元到线程工艺的所有方面。后来者想要入局FPGA研发,只能绕路走。
2、市场霸占方面
FPGA家当尽显马太效应,由赛灵思(Xlinx)、阿尔特拉(Altera)、莱迪思(Lattice)、Actel、Achronix为首的五家美国企业,险些霸占FPGA芯片环球市场份额的100%。直到2019年,美企在我国FPGA芯片的市占率依然高达97%。
三、国产FPGA开始实现替代由于对手强大就举旗认输,这当然不是国产品牌的风格!
虽然起步晚,但受益于弘大的技能人才储备和半导体市场需求,在短短十几年的发展中,中国已成功造就出多家FPGA研发企业,如深圳紫光同创、上海安路科技、广州高云半导体等等。
同时,作为FPGA领域的领军企业,华为也开拓出了FPGA云平台,为环球人工智能、大数据等领域的专家,供应颠覆式的开拓模式。
在诸多国产品牌的努力下,截至2021年,外企在我国的市占率已经从最初的100%低落到不敷90%,个中仅安路科技一家,就成功夺回了6%的海内份额。
而被台媒誉为“国产FPGA芯片龙头企业”的紫光同创,也顺利度过投资集中期,2021年实现营收7.82亿元,净利润从2020年的亏损0.26亿元旋转为盈利0.41亿元。
相信随着家当需求的不断扩大,FPGA芯片的国产替代率会连续攀升。