中國FPGA取得突破 核心技術不再受制於人

日前，在一次軍民融合展會上，中國電科下屬單位展示了完全正向設計的3500萬門級FPGA。隨後，中國電子下屬單位公開宣布成功研發7000萬門級FPGA。在特朗普親自否決傳說中有中資背景，總部在美國的私募基金Canyon Bridge收購美國FPGA設計公司萊迪思之後，中國電科和中國電子在FPGA上取得的技術突破非常振奮人心。雖然這兩款FPGA和賽靈思、阿爾特拉這樣的巨頭差距很大，但從FPGA規模上看，已經超出現有的國產FPGA一大截的水平，對於一些特殊領域來說，已經可以解決部分有無的問題。

FPGA是一種非常重要的晶元

FPGA是現場可編程門陣列，簡單的說就是一個可以在其上編程的晶元，用戶可以在FPGA上編程實現一個特殊的硬體加速演算法。目前，這種晶元主要有三個應用方向。

一是用在各自軍用裝備上。一個大型相控陣雷達有幾千個TR組件，幾個TR組件組成一個小的處理單元對信號進行數模轉換和預處理，每個單元就含一個FPGA，用來做數據處理。紅外設備上也需要FPGA，美國國防後勤局就曾採購過賽靈思的FPGA用於監視、偵察和火控系統中紅外感測器的數據處理。

二是用在通信設備商。比如華為的多種通信設備，通信基站其實就是一個小相控陣，這就必須採用FPGA進行數據處理。現有的通信設備也離不開FPGA，比如前段時間美國制裁，FPGA也位列制裁名單之上，而華為等通信廠商所需的FPGA大多依賴於從賽靈思和阿爾特拉等美國公司進口。可以說，如果美國在FPGA上卡中國脖子，中國5G通信網路建設勢必會受到一定影響。

三是晶元設計公司用來模擬。FPGA有一個稱呼叫做"萬能晶元"，也就是把代碼燒進去，就可以把FPGA變成所需要的晶元。這一特性使FPGA被廣泛用於晶元模擬。什麼意思呢？比如龍芯設計了一款CPU，要拿去流片的話，萬一流片失敗，很可能就是數百萬美元的損失。在這種情況下，那就把代碼燒進FPGA來測試一下，通過這種測試發現問題解決問題，降低流片風險。

也許有人會說，既然是"萬能晶元"，直接買FPGA把代碼燒進去不就得了，何必專門去流片呢？這主要是因為FPGA價格非常貴，像國內IC設計公司從賽靈思採購的FPGA，高端產品要40多萬元人民幣一片，而英特爾普通的CPU（PHI那種例外），一般也就幾百、幾千上萬元人民幣。另外，FPGA燒進代碼後主頻也很低，一般在100MHz左右，作為對比英特爾、AMD 最新CPU的主頻都在4G左右。因此，FPGA更多的被用於模擬，以降低CPU流片的風險。

另外，在醫療領域，FPGA被用於聲波檢測儀、CT掃描儀、核磁共振等設備。而隨著物聯網、汽車電子、機器人、無人駕駛的興起，FPGA可能會獲得更為廣泛的應用。

本次技術突破實現了技術上的飛躍

進入FPGA這個行業的門檻很高。過去十多年時間裡，Intel、IBM、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星等60多家公司曾試圖涉足該領域，除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領域之外，其餘公司紛紛折戟沉沙。國內曾經的領頭羊，京微雅格在承接了核高基項目之後，還是陷入了經營困難，最後人才大量流失到國內其他FPGA公司中。

FPGA之所以這麼難，主要是因為市場容量小，巨額投資收回成本難；行業高度集中，後發者很難和巨頭對抗；賽靈思、阿爾特拉兩家引領者修築專利壁壘，堵塞後進道路；FPGA的特殊性必須拼高端，直接與巨頭拼刺刀，無法走先低價搶佔低端市場，再一步一步走向中高端的發展模式。

正是因此，全球FPGA市場基本被美國"2大2小"四家公司壟斷。國內FPGA廠商大多處於比較艱難的發展階段，市場份額很低，同創國芯董事長祝昌華在一次發布會上曾表示："全球FPGA晶元市場規模大約50億美元左右，其中中國約15億美元。由於行業的技術以及資本門檻比較高，美國廠商佔據了壟斷地位，在中國15億美元的市場當中，國產FPGA產品所佔市場份額約2%。"

除了市場份額低之外，國內廠商在技術水平和國外大廠的差距也很大。雖然國內FPGA廠商有百家爭鳴之勢，但基本分布在中低端市場，大多是一些1000萬門級左右的FPGA，少數達到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發的，但大多是逆向工程的產物，或商業收購的結果，比如京微雅閣就依靠美國CSwitch公司開發出具有自主知識產權的Tile架構。

本次中國電科的3500萬門級FPGA和中國電子7000萬門級FPGA，則是非常振奮人心的技術突破。雖然具體參數還有待進一步披露，但在規模上，相對於國內眾多商業公司，已經是一騎絕塵了，已經可以滿足很多領域的使用需要，解決有無問題。比如某新銳戰機上的有源相控陣雷達，就採用了體制內單位設計的自主FPGA。

因此，本次中國電子和中國電科取得技術突破意義非常大，解決特定領域的卡脖子問題，畢竟十幾萬、幾十萬一片的晶元不像英特爾的CPU那樣，民間有大量庫存，何況軍品和民品也有很大差別。一旦發生緊急情況，現有庫存消耗殆盡的情況下，將嚴重影響高精尖武器和信息化裝備的補充。

雖然在很多方面，自主FPGA已經解決了有無的問題。不過，在商用領域，體制內單位的FPGA還很難替換掉賽靈思和阿爾特拉的產品。畢竟在性能上，國內單位和賽靈思、阿爾特拉的FPGA差距還是非常大的。業內人士很明確的表示，自主FPGA還是頂不上去，目前只能用美國的FPGA。

結語

一直以來，中國寄希望於從國外收購技術。然而，紫光海外收購或合資的失利已經證明了，這條路走不通。正是因此，紫光最後選擇了從中國台灣、韓國、日本挖人，走自主研發之路。就FPGA來說，實踐也證明，技術引進之路走不通。

即便Canyon Bridge都已經和萊迪思談妥了，但依然遭遇美國外國投資委員會的審查。由於萊迪思也非常願意被Canyon Bridge收購，一再申請放行。只不過，萊迪思的苦苦哀求遇上了特朗普，特朗普動用總統特權將收購的希望徹底破滅。

本次中國電子和中國電科在FPGA上取得的成績，則充分說明了，自主研發的路是完全能夠走通的。一些專家和領導"技術引進失敗，才選擇自主研發"，"把自主技術當作與國外合資的籌碼，一旦合資立馬把自主技術拋開"的思路和做法是值得反思的。

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