Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας τεχνητής νοημοσύνης (AI), τα όρια εφαρμογής της συνεχίζουν να επεκτείνονται, από την απλή αναγνώριση εικόνας έως την πολύπλοκη επεξεργασία φυσικής γλώσσας, σεΑυτόματος πιλότος, έξυπνη κατασκευή και άλλα πεδία αιχμής, η τεχνητή νοημοσύνη αλλάζει τον κόσμο μας με ταχύτητα άνευ προηγουμένου.

Σε αυτήν την επανάσταση της τεχνητής νοημοσύνης, η βαθιά μάθηση, ως η βασική της κινητήρια δύναμη, συνεχίζει να προωθεί την καινοτομία αλγορίθμων και μοντέλων και επίσης προβάλλει πιο αυστηρές απαιτήσεις για υπολογιστικούς πόρους.

Αν και το FPGA, που γεννήθηκε το 1985, δεν υπάρχει εδώ και πολύ καιρό, έχει ήδη κερδίσει μια θέση στο κύμα των chip με το μοναδικό πλεονέκτημα της «προγραμματικότητας» και έχει γίνει ένας ακόμη ισχυρός αντίπαλος των τσιπ GPU.

01

Χαρακτηριστικά του FPGA

Τα τσιπ FPGA αναπτύσσονται με βάση προγραμματιζόμενες συσκευές (PAL, GAL, CPLD) και είναι ημι-προσαρμοσμένα και προγραμματιζόμενα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Το FPGA έχει τρία κύρια χαρακτηριστικά:

Υψηλός προγραμματισμός και ευελιξία

Είτε πρόκειται για CPU, GPU, DSP, Μνήμη ή διάφορα τσιπ ASIC, μετά την κατασκευή του τσιπ, η λειτουργία του έχει διορθωθεί και οι χρήστες δεν μπορούν να κάνουν καμία τροποποίηση στις λειτουργίες υλικού του. Μετά την κατασκευή του τσιπ FPGA, οι λειτουργίες του δεν διορθώνονται Οι χρήστες μπορούν να χρησιμοποιήσουν το αποκλειστικό λογισμικό EDA που παρέχεται από την εταιρεία τσιπ FPGA για να διαμορφώσουν λειτουργικά το κύκλωμα που σχεδίασαν σύμφωνα με τις πραγματικές τους ανάγκες, μετατρέποντας έτσι το κενό τσιπ FPGA σε τσιπ FPGA. Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα με συγκεκριμένες λειτουργίες.

Κάθε τσιπ FPGA μπορεί να διαμορφωθεί με πολλές διαφορετικές λειτουργίες για την επίτευξη διαφορετικών λειτουργιών και είναι εξαιρετικά ευέλικτο.

Σύντομος κύκλος ανάπτυξης

Στα λογικά τσιπ, για παράδειγμα, η διαδικασία κατασκευής ASIC περιλαμβάνει πολλαπλά βήματα, όπως εφαρμογή λογικής, επεξεργασία καλωδίωσης και εξαγωγή ταινίας, ενώ το FPGA δεν απαιτεί καλωδίωση, κάλυψη και προσαρμοσμένη ταινία, γεγονός που απλοποιεί σημαντικά την ανάπτυξη τσιπ. Ο κύκλος ανάπτυξης τσιπ γενικής λογικής, όπως ASIC, DSP, SOC κ.λπ., διαρκεί 14-24 μήνες ή και περισσότερο, ενώ το FPGA διαρκεί μόνο 6-12 μήνες, που είναι 55% λιγότερος χρόνος από άλλους κύκλους ανάπτυξης τσιπ.

Ακριβώς όπως η Xilinx, ο μεγαλύτερος κατασκευαστής FPGA στον κόσμο, πιστεύει ότι το να είναι πιο γρήγορο από το να είναι φθηνότερο Αν ένα προϊόν κυκλοφορήσει έξι μήνες αργότερα, τα κέρδη του θα μειωθούν κατά 33% σε πέντε χρόνια απώλεια 14% του μεριδίου αγοράς.

Υψηλή απόδοση παράλληλων υπολογιστών

Το FPGA ανήκει στον παράλληλο υπολογισμό, δηλαδή μπορεί να εκτελεί πολλαπλούς αλγόριθμους εντολών ταυτόχρονα. Τα παραδοσιακά ASIC, DSP και CPU είναι όλα σειριακούς υπολογιστές και μπορούν να επεξεργαστούν μόνο ένα σύνολο εντολών κάθε φορά. Επομένως, σε ορισμένες ειδικές εργασίες, η απόδοση παράλληλου υπολογισμού του FPGA είναι υψηλότερη από την απόδοση σειριακού υπολογισμού.

Οι CPU, GPU, ASIC και FPGA είναι τέσσερις τύποι επεξεργαστών υπολογιστών και διαφορετικοί επεξεργαστές έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα.

Σύγκριση μεταξύ FPGA και mainstream chip

Η CPU έχει λιγότερες λογικές μονάδες λειτουργίας (ALU) και έναν μεγαλύτερο ελεγκτή (έλεγχος) η GPU έχει μικρότερες και περισσότερες λογικές μονάδες λειτουργίας (ALU), ο ελεγκτής έχει απλές λειτουργίες και υπάρχουν λιγότερες κρυφές μνήμες. Η διαφορά στην αρχιτεκτονική κάνει τη CPU καλή στον λογικό έλεγχο και τους σειριακούς υπολογισμούς, ενώ η GPU είναι καλή σε παράλληλους υπολογισμούς υψηλής έντασης. Η ισχύς επεξεργασίας μιας μεμονωμένης υπολογιστικής μονάδας της GPU είναι πιο αδύναμη από αυτή της ALU της CPU, αλλά ένας μεγάλος αριθμός υπολογιστικών μονάδων μπορεί να λειτουργήσει ταυτόχρονα, όταν αντιμετωπίζετε παράλληλους υπολογιστές υψηλής έντασης, η απόδοσή του είναι καλύτερη αυτή της CPU. Στις μέρες μας, εκτός από την επεξεργασία εικόνας, οι GPU χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε άλλους υπολογισμούς.

Μπορούμε να πούμε ότι η CPU μοιάζει περισσότερο με έναν εξαιρετικό ηγέτη με πολλαπλές λειτουργίες. Το πλεονέκτημά του έγκειται στις ισχυρές δυνατότητες προγραμματισμού, διαχείρισης και συντονισμού, ακολουθούμενες από υπολογιστική ισχύ. Η GPU είναι ισοδύναμη με έναν υπάλληλο "με μεγάλη υπολογιστική ισχύ" που αποδέχεται τον προγραμματισμό της CPU.

Το ASIC σημαίνει Ενσωματωμένο Κύκλωμα Ειδικής Εφαρμογής, το οποίο αναφέρεται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε σύμφωνα με τις συγκεκριμένες απαιτήσεις των χρηστών και τις ανάγκες συγκεκριμένων ηλεκτρονικών συστημάτων. Το χαρακτηριστικό του ASIC είναι ότι προσανατολίζεται στις ανάγκες συγκεκριμένων χρηστών Σε σύγκριση με τα ολοκληρωμένα κυκλώματα γενικής χρήσης, το ASIC έχει τα πλεονεκτήματα του μικρότερου μεγέθους, της χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας, της βελτιωμένης αξιοπιστίας, της βελτιωμένης απόδοσης, της βελτιωμένης εμπιστευτικότητας και του μειωμένου κόστους κατά τη διάρκεια της μάζας. παραγωγή.

Η ανάπτυξη τσιπ τεχνητής νοημοσύνης με βάση το ASIC μοιάζει περισσότερο με τη σχεδίαση κυκλώματος, η οποία απαιτεί επαναλαμβανόμενη βελτιστοποίηση και έναν μακρύ κύκλο ταινίας, επομένως ο κύκλος ανάπτυξης είναι μακρύς.

Μετά τη μαζική παραγωγή, το κόστος και η τιμή των τσιπ τεχνητής νοημοσύνης ASIC θα είναι χαμηλότερα. Αν και σε σύγκριση με το FPGA, τα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης ASIC πρέπει να περάσουν από μεγαλύτερο κύκλο ανάπτυξης και να απαιτούν δαπανηρή επένδυση, αυτές οι πρώιμες επενδύσεις ανάπτυξης θα μειωθούν μετά τη μαζική παραγωγή, επομένως μετά τη μαζική παραγωγή, το τσιπ τεχνητής νοημοσύνης ASIC Το κόστος και η τιμή θα είναι χαμηλότερο από τα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης FPGA.

Επωφελούμενο από τη μοναδική αρχιτεκτονική του, τα προγραμματιζόμενα χαρακτηριστικά του FPGA του επιτρέπουν να επιτύχει καλύτερη ισορροπία μεταξύ υπολογιστικής ισχύος, κόστους και κατανάλωσης ενέργειας από άλλους επεξεργαστές.

02

Το FPGA πρόκειται να εκραγεί

Το FPGA έχει ένα ευρύ φάσμα σεναρίων εφαρμογών λόγω της υψηλής ευελιξίας προγραμματισμού, του σύντομου κύκλου ανάπτυξης και της υψηλής απόδοσης παράλληλων υπολογιστών.

Η Communications είναι αυτή τη στιγμή η μεγαλύτερη αγορά εφαρμογών για FPGA. Οι εφαρμογές του FPGA στον τομέα της επικοινωνίας περιλαμβάνουν μεταγωγή δικτύου, μετατροπή πρωτοκόλλου επικοινωνίας, έλεγχο ροής κ.λπ. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη αποτελεσματικής επεξεργασίας δεδομένων και μεγάλης κλίμακας ρελέ ραδιοσυχνοτήτων.Για παράδειγμα, σε5GΣτην τεχνολογία επικοινωνιών, το FPGA χρησιμοποιείται για την επεξεργασία σήματος και την επεξεργασία δεδομένων των σταθμών βάσης, βελτιώνοντας την απόδοση και τη σταθερότητα του συστήματος επικοινωνίας.

Ο βιομηχανικός τομέας είναι μία από τις κύριες αγορές εφαρμογών για τσιπ FPGA. Το FPGA χρησιμοποιείται κυρίως στον βιομηχανικό τομέα για την επίτευξη λειτουργιών ελέγχου σήματος και υπολογιστικής επιτάχυνσης σε επεξεργασία βίντεο, επεξεργασία εικόνας, εργαλειομηχανές CNC και άλλους τομείς. Για παράδειγμα, σε αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής, τα FPGA χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της κίνησης των ρομποτικών βραχιόνων και τον συντονισμό της λειτουργίας διαφόρων εξοπλισμών.

Το κέντρο δεδομένων είναι μία από τις αναδυόμενες αγορές εφαρμογών για τσιπ FPGA. Στον τομέα του υπολογισμού και της επεξεργασίας των κέντρων δεδομένων, τα τσιπ FPGA χρησιμοποιούνται κυρίως για επιτάχυνση υλικού. Σε σύγκριση με τους επεξεργαστές, τα τσιπ FPGA μπορούν να παρέχουν ταυτόχρονα ισχυρή υπολογιστική ισχύ και επαρκή ευελιξία λόγω της αρχιτεκτονικής τους χωρίς οδηγίες και κοινής μνήμης Με το ASIC, τα τσιπ FPGA μπορούν να επιτύχουν εξαιρετική ισορροπία στην ευελιξία, τον χρόνο ανάπτυξης κ.λπ.

Με την άνοδο των ηλεκτρικών οχημάτων,Τα FPGA χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στα αυτοκίνητα. Η ζήτηση για FPGA στη βιομηχανία ηλεκτρονικών αυτοκινήτων προέρχεται κυρίως από ADAS (έξυπνα συστήματα ανίχνευσης) και AV (αυτόνομα οχήματα). Για παράδειγμα: Τα τσιπ FPGA μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο και την οδήγηση συστημάτων ελέγχου κινητήρα ηλεκτρικών οχημάτων, τη σύνδεση συστημάτων οδήγησης, ταμπλό, ραντάρ, αισθητήρες υπερήχων και άλλο ενσωματωμένο εξοπλισμό για την εφαρμογή επεξεργασίας και ελέγχου σήματος, όπως ραντάρ λέιζερ και ραντάρ κυμάτων χιλιοστών. Στον τομέα της γεφύρωσης και της σύντηξης βίντεο, τα τσιπ FPGA μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση γεφύρωσης σήματος πολλαπλών αισθητήρων εικόνας, σύντηξης βίντεο 3D surround προβολής, βίντεο υποβοήθησης αναστροφής, βίντεο υποβοηθούμενης οδήγησης και άλλων λειτουργιών. Στους τομείς της υποβοηθούμενης οδήγησης και της αυτόνομης οδήγησης, τα τσιπ FPGA μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση διαφόρων λειτουργιών όπως η μηχανική όραση και η ανίχνευση στόχων.

Στην εποχή της τεχνητής νοημοσύνης, οι αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης καινοτομούν συνεχώς και έχουν υψηλές απαιτήσεις σε υπολογιστική ισχύ και ευελιξία υλικού.Η ευελιξία του FPGA ταιριάζει ακριβώς στα χαρακτηριστικά του AI . Τα FPGA χρησιμοποιούνται κυρίως ως επιταχυντές για αλγόριθμους πολλαπλασιασμού πινάκων καιΝευρωνικά δίκτυα Ενεργοποιητής γκαζιού. Μπορεί να επιτύχει υπολογισμούς χαμηλής καθυστέρησης και υπολογισμούς υψηλής απόδοσης, παρέχοντας ισχυρή υποστήριξη υλικού για την ανάπτυξη τεχνητής νοημοσύνης. Για παράδειγμα, στον τομέα της βαθιάς μάθησης, το FPGA χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση της διαδικασίας συμπερασμάτων και εκπαίδευσης των νευρωνικών δικτύων, βελτιώνοντας την ταχύτητα επεξεργασίας και την ενεργειακή απόδοση των συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης. Επιπλέον, καθώς μορφές όπως η ετερογενής υπολογιστική σύντηξη γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς, αρχιτεκτονικές όπως το FPGA+CPU φέρνουν επίσης περισσότερα πιθανά πλεονεκτήματα στην τεχνητή νοημοσύνη.

03

Διεθνές τοπίο ανταγωνισμού FPGA

Η παγκόσμια αγορά FPGA κυριαρχείται κυρίως από το διπώλιο δύο εταιρειών στο εξωτερικό, της Xilinx (που εξαγοράστηκε από την AMD) και της Intel. Λόγω των υψηλών τεχνικών εμποδίων και της ταχείας αναβάθμισης, η παγκόσμια αγορά FPGA είναι ιδιαίτερα συγκεντρωμένη, με τους εγχώριους κατασκευαστές να καταλαμβάνουν μικρό ποσοστό.

Τα προϊόντα της AMD έχουν εισέλθει σε σύνθετη ετερογένεια 7 nm

Ο πίνακας προϊόντων που σχετίζεται με το FPGA της AMD (Xilinx) περιλαμβάνει κυρίως: τέσσερις μεγάλες σειρές προϊόντων FPGA (VIRTEX, KINTEX, ARTIX, SPARTAN) και δύο ακόμη εξαιρετικά ενσωματωμένες σειρές Adaptive SoC (AdaptiveSoC) (ZYNQ, VERSAL).

Σύγκριση σειράς προϊόντων AMD (Xilinx) FPGA υψηλής/μεσαίας/χαμηλής κατηγορίας

Από την άποψη της διαδικασίας κατασκευής τσιπ, που περιλαμβάνει κυρίως τέσσερις κατηγορίες: UltraScale+ (16nm), UltraScale (20nm), σειρές 7 (28nm) και 6 σειρές (45nm) είναι μια συνολική αναβάθμιση στη διαδικασία 7nm.

Από την άποψη της αρχιτεκτονικής τσιπΤα μεμονωμένα τσιπ FPGA αναπτύσσονται προς πιο προηγμένες διεργασίες, δομές κυκλωμάτων υψηλότερης ταχύτητας και πολύπλοκα ετερογενή συστήματα SoC της σειράς VERSAL της AMD που ενσωματώνουν πρωτόκολλα PCIe, Ethernet, μηχανές τεχνητής νοημοσύνης, αρχιτεκτονική NoC κ.λπ.

Από την άποψη της τιμής του προϊόντος, καθώς η τοποθέτηση του προϊόντος μετακινείται από το low-end στο high-end, δείκτες όπως η χωρητικότητα FPGA συνεχίζουν να βελτιώνονται, η αρχιτεκτονική επικοινωνίας αναβαθμίζεται σταδιακά και η τιμή της αντίστοιχης πλακέτας ανάπτυξης αυξάνεται σταδιακά από μερικές εκατοντάδες δολάρια σε περισσότερα από 10.000 δολάρια.

Από την άποψη των πεδίων εφαρμογήςΤα τσιπ FPGA κατάλληλα για εφαρμογές προηγμένης τεχνολογίας, όπως κέντρα δεδομένων, είναι ως επί το πλείστον σειρές προϊόντων FPGA υψηλών προδιαγραφών και μόνο ένας μικρός αριθμός FPGA μεσαίας έως υψηλής τεχνολογίας μπορεί επίσης να καλύψει τις ανάγκες επιτάχυνσης δικτύου των κέντρων δεδομένων.

Intel: Προϊόντα υψηλής ποιότητας έχουν αποσταλεί σε μεγάλες ποσότητες και σύντομα θα κυκλοφορήσουν σειρές χαμηλής κατανάλωσης

Τον Μάρτιο του τρέχοντος έτους, η Intel έκανε την Ομάδα Προγραμματιζόμενων Λύσεων (PSG) μια ανεξάρτητη επιχείρηση και την παρουσίασε εκ νέου με την εικόνα της επωνυμίας Altera. Η νεοσύστατη Altera έχει διαμορφώσει μια νέα αναπτυξιακή στρατηγική, με στόχο να εδραιώσει και να επεκτείνει τη θέση της στην αγορά εστιάζοντας στην αγορά FPGA υψηλής απόδοσης, ενώ διερευνά ενεργά την αγορά FPGA μεσαίου και χαμηλού επιπέδου για να προσελκύσει μια ευρύτερη πελατειακή βάση και να επεκτείνει την ανάπτυξη χώρος.

Agilex FPGA和SoC FPGAΗ οικογένεια βασίζεται στον κόμβο διεργασίας 10nm της Intel, ο οποίος βελτιώνει την απόδοση και μειώνει την κατανάλωση ενέργειας.

Agilex9 FPGA和SoC FPGA Παρέχει πρωτοφανείς δυνατότητες και βελτιστοποιήσεις για εφαρμογές-στόχους, υπερβαίνοντας τα όρια της mainstream προγραμματιζόμενης λογικής. Επί του παρόντος, έχει επιτευχθεί παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Με τους κορυφαίους στον κλάδο μετατροπείς δεδομένων, αυτό το προϊόν είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν επεξεργασία FPGA μικτού σήματος υψηλού εύρους ζώνης.

Agilex7 FPGA和SoC FPGA Είναι ένα FPGA υψηλής απόδοσης που παρέχει κορυφαία αρχιτεκτονική στον κλάδο και ταχύτητα εισόδου/εξόδου, καθιστώντας το ιδανικό για τις εφαρμογές με μεγαλύτερη ένταση εύρους ζώνης και υπολογιστικές εφαρμογές. Η απόδοση της λογικής δομής και η αναλογία κατανάλωσης ενέργειας του Intel Agilex 7 είναι περίπου 2 φορές υψηλότερη από αυτή των FPGA κόμβων 7 nm των ανταγωνιστών.

Agilex 7 Η συσκευή χρησιμοποιεί προηγμένη τεχνολογία SuperFin 10nm (Σειρά F και Σειρά I), τεχνολογία Intel 7 (Σειρά M) και αρχιτεκτονική Intel Hyperflex FPGA δεύτερης γενιάς. Οι τομείς εφαρμογής για αυτό το προϊόν περιλαμβάνουν κέντρα δεδομένων, δικτύωση, άμυνα και βιομηχανία.

Agilex 5 Είναι ένα FPGA μεσαίας κατηγορίας βελτιστοποιημένο για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μικρό μέγεθος. Το προϊόν είναι πλέον γενικά διαθέσιμο.

Το Intel Agilex 5 είναι το πρώτο FPGA που υποστηρίζει LPDDR4, LPDDR5 (+DDR4, DDR5), το πρώτο προϊόν εξοπλισμένο με μπλοκ τανυστήρα AI και έχει το πρώτο ασύμμετρο σύστημα επεξεργαστή εφαρμογών πολλαπλών πυρήνων (2xArm A76, 2xArm A55), το οποίο μπορεί να βελτιώσει την απόδοση στις δυνατότητες συλλογισμού Edge AI. Η σειρά E έχει βελτιστοποιηθεί για την κατανάλωση ενέργειας και το μέγεθος Σε σύγκριση με τα ανταγωνιστικά προϊόντα 16nm, η αναλογία απόδοσης/κατανάλωσης ενέργειας έχει βελτιστοποιηθεί κατά 1,6 φορές σε σύγκριση με τα ανταγωνιστικά προϊόντα των 7nm η αναλογία κατανάλωσης έχει αυξηθεί κατά 2 φορές.

Agilex 3 Σύντομα, η οικογένεια προϊόντων διαθέτει μικρότερο συντελεστή μορφής, καθώς και βελτιστοποιήσεις ισχύος και κόστους. Αυτό το προϊόν έχει σχεδιαστεί για να παρέχει μια κορυφαία οικογένεια FPGA χαμηλής κατανάλωσης για λειτουργίες χαμηλής πολυπλοκότητας στο cloud computing, τις επικοινωνίες και τις έξυπνες εφαρμογές αιχμής.

Συνοψίζοντας, η σειρά προϊόντων της Altera γίνεται ολοένα και πιο ολοκληρωμένη, μεταξύ των οποίων το Agilex 9 βρίσκεται στο στάδιο παραγωγής μεγάλης κλίμακας, ο εξοπλισμός της σειράς F και I της Agilex 7 έχει τεθεί σε παραγωγή, το Agilex 5 έχει κυκλοφορήσει πλήρως και το επερχόμενο Agilex 3 θα ικανοποιήσει τις απαιτήσεις του υπολογιστικού νέφους, οι εφαρμογές επικοινωνίας και έξυπνων άκρων απαιτούν FPGA χαμηλής πολυπλοκότητας.

04

Η μάχη για τα εγχώρια προϊόντα γίνεται όλο και πιο σκληρή

Επί του παρόντος, το χάσμα μεταξύ των τοπικών κατασκευαστών FPGA και των υπερπόντιων ηγετών υπάρχει αντικειμενικά και υπάρχει αρκετός χώρος για να καλυφθεί η διαφορά.

Το χάσμα μεταξύ εγχώριων και ξένων κατασκευαστών

Αρχικά, ας ρίξουμε μια ματιά στο τρέχον χάσμα μεταξύ εγχώριων κατασκευαστών και διεθνών κατασκευαστών.

Από την άποψη της χωρητικότητας FPGA, το τρέχον υψηλότερο επίπεδο εγχώριων μη στρατιωτικών FPGA μπορεί να φτάσει περίπου τις 400k λογικές μονάδες και η μεγαλύτερη χωρητικότητα FPGA στον κόσμο είναι το VP1902 (Versal Premium) που κυκλοφόρησε από την AMD στις 27 Ιουνίου 2023, με έναν αριθμό λογικών μονάδων έως και 18.507k, που είναι 46 φορές μεγαλύτερη από αυτή της Κίνας.

Από την άποψη της διαδικασίας παραγωγής, η πιο προηγμένη εγχώρια διαδικασία είναι επί του παρόντος 14/16 nm και η Xilinx κυκλοφόρησε το ετερογενές προϊόν FPGA των 7 nm Versal το 2018.

Από την πλευρά του εισοδήματος , οι μεγάλες εταιρείες FPGA της Κίνας περιλαμβάνουν τις Unisoc, Anlu Technology, Fudan Microelectronics, Gowin Semiconductor, Guowin Microelectronics, Yilingsi, Xi'an Zhiduojing, Jingwei Qili, κ.λπ. Ως σημαντικό μέρος της παγκόσμιας αγοράς FPGA, η Κίνα θα αντιπροσωπεύει περίπου το 1/3 της αγοράς το 2022. Ωστόσο, από την πλευρά της αλυσίδας εφοδιασμού, το παγκόσμιο μερίδιο αγοράς των εγχώριων τσιπ FPGA είναι μικρότερο από 10%.

Από την οπτική γωνία των κατάντη εφαρμογών, επί του παρόντος κανένα εγχώριο FPGA δεν μπόρεσε να εισέλθει στις δύο πιο προηγμένες περιοχές FPGA - επαλήθευση πρωτοτύπων και επιτάχυνση του κέντρου δεδομένων.

Από την άποψη του μικτού περιθωρίου κέρδουςΠρος το παρόν, τα εγχώρια FPGA επικεντρώνονται στην αντικατάσταση μεσαίας και χαμηλής χωρητικότητας στον τομέα των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης Σε σύγκριση με την αγορά FPGA μεγάλης χωρητικότητας, τα εμπόδια εισόδου είναι σχετικά χαμηλά και υπήρξε ένας ορισμένος βαθμός «ελιγμού». Το τυπικό μικτό περιθώριο κέρδους είναι μεταξύ 35% και 40%. 70% τα τελευταία τρία χρόνια.

Οι εγχώριοι κατασκευαστές σημειώνουν ταχεία τεχνολογική πρόοδο

Αν και η βιομηχανία FPGA της Κίνας ξεκίνησε αργά, έχει αναπτυχθεί γρήγορα τα τελευταία χρόνια.

Με γνώμονα την αγορά και με την υποστήριξη των εθνικών πολιτικών, οι τοπικές εταιρείες FPGA συνέχισαν να εργάζονται σκληρά και έχουν επιτύχει σημαντικά αποτελέσματα τόσο στην τεχνολογία όσο και στην αγορά.

Προς το παρόν, η τεχνολογία FPGA χαμηλής χωρητικότητας των Κινέζων κατασκευαστών έχει αναπτυχθεί σχετικά ώριμα.Το FPGA χαμηλής χωρητικότητας έχει λιγότερες από 100k λογικές μονάδες και απαιτεί εξαιρετικά χαμηλό κόστος και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Συγκεντρώνεται κυρίως στους τρεις κόμβους των 55nm, 40nm και 28nm.

Οι περισσότεροι εγχώριοι κατασκευαστές έχουν κυκλοφορήσει τέτοια προϊόντα το 2019 ή πριν και είναι συχνά τα προϊόντα πρώτης γενιάς των τοπικών κατασκευαστών FPGA. Για παράδειγμα, η σειρά Logos της Unisoc κυκλοφόρησε το 2017 και είναι ένα FPGA χαμηλής κατανάλωσης 40 nm με λογικές μονάδες μεταξύ 12-102k. έλεγχος και μετατροπή διεπαφής εικόνας υψηλής ταχύτητας.

Στην αγορά χαμηλής και μεσαίας χωρητικότητας 28nm, οι Κινέζοι κατασκευαστές FPGA έχουν ήδη ώριμα προϊόντα. Τα FPGA μεσαίας χωρητικότητας αναφέρονται κυρίως σε λογικές μονάδες 100k-500k. Η απόδοση και η κατανάλωση ενέργειας είναι εξίσου σημαντικές και το κόστος επηρεάζεται επίσης. Για παράδειγμα, η Unisoc, η Anlu Technology και η Zhiduoji κυκλοφόρησαν προϊόντα 28nm FPGA το 2020, κυρίως συγκριτικά με τα προϊόντα της σειράς 7 της Xilinx.

Επιπλέον, ορισμένοι κατασκευαστές έχουν κυκλοφορήσει FPGA 22 nm για να αντικαταστήσουν ορισμένα FPGA χαμηλής και μεσαίας χωρητικότητας 28 nm. Για παράδειγμα, το Aurora V που κυκλοφόρησε από την Gowin τον Σεπτέμβριο του 2022 είναι το προϊόν FPGA 22 nm με λογικό αριθμό μονάδων 138k.

Τα FPGA υψηλής χωρητικότητας άνω των 500K είναι επί του παρόντος δύσκολο να αντικατασταθούν με εγχώρια. Οι τοπικές εταιρείες πρέπει να αναπτυχθούν σε βάθος όσον αφορά την αρχιτεκτονική υλικού, το λογισμικό EDA, την απόδοση IP κ.λπ. Μεταξύ αυτών, το πιο σημαντικό πράγμα είναι η επίλυση του προβλήματος διάταξης και δρομολόγησης του λογισμικού EDA σε μεγάλης κλίμακας FPGA.

Τα εγχώρια έσοδα FPGA αυξάνονται σημαντικά

Ας δούμε τα έσοδα των εγχώριων κατασκευαστών FPGA.

Η Anlu Technology είναι μια κορυφαία εταιρεία στον εγχώριο τομέα FPGA Το 2018 και το 2019, τα λειτουργικά έσοδα της Anlu Technology ήταν μόλις 28,5203 εκατομμύρια γιουάν και 122 εκατομμύρια γιουάν αντίστοιχα. Αργότερα, η απόδοσή του διπλασιάστηκε το 2021 και το 2022.

Σύμφωνα με δημόσια στοιχεία, τα επιχειρηματικά έσοδα FPGA της Anlu Technology το 2020 ήταν 280 εκατομμύρια γιουάν και συνέχισαν να αυξάνονται τα επόμενα χρόνια. Μέχρι το 2021, τα επιχειρηματικά της έσοδα από το FPGA θα αυξηθούν στα 642 εκατομμύρια γιουάν, υπερδιπλασιάζοντας από έτος σε έτος. Μέχρι το 2022, ο αριθμός αυτός θα αυξηθεί στα 989 εκατομμύρια γιουάν, δείχνοντας ισχυρή δυναμική ανάπτυξης της αγοράς.

Το μικτό περιθώριο κέρδους της Anlu Technology είχε επίσης καλή απόδοση. Από το 2020 έως το 2022, τα μικτά περιθώρια κέρδους της είναι 34,05%, 34,18% και 39,13% αντίστοιχα, παρουσιάζοντας σταθερή ανοδική πορεία. Ειδικά στον επιχειρηματικό τομέα της FPGA, το μικτό περιθώριο κέρδους της θα φτάσει το 39,13% το 2022.

Ως μια καθιερωμένη εγχώρια εταιρεία σχεδιασμού IC, η Fudan Micro αποδίδει επίσης καλά στον τομέα FPGA. Τα τελευταία χρόνια, τα επιχειρηματικά έσοδα FPGA συνέχισαν να αυξάνονται. Το 2020, τα επιχειρηματικά έσοδα της Fudan Micro ήταν 204 εκατομμύρια γιουάν μέχρι το 2021, ο αριθμός αυτός αυξήθηκε σε 427 εκατομμύρια γιουάν και μέχρι το 2022 έφτασε τα 781 εκατομμύρια γιουάν, δείχνοντας τον ισχυρό ανταγωνισμό της εταιρείας στην αγορά FPGA.

Το μικτό περιθώριο κέρδους της Fudan Micro βρίσκεται επίσης σε σχετικά υψηλό επίπεδο. Από το 2020 έως το 2022, τα επιχειρηματικά περιθώρια μικτού κέρδους της FPGA ήταν 82,56%, 84,71% και 84,7% αντίστοιχα, διατηρώντας υψηλή σταθερότητα και κερδοφορία. Αυτό οφείλεται κυρίως στην ισχυρή τεχνική δύναμη της εταιρείας και στην πλήρη διάταξη της σειράς προϊόντων.

05

Οι εγχώριοι κατασκευαστές FPGA έχουν πολλές ευκαιρίες

Υπάρχουν επί του παρόντος δύο ευνοϊκές προϋποθέσεις για τον εντοπισμό των FPGA: Πρώτον, οι εγχώριοι κατασκευαστές FPGA έχουν λάβει σχετικά μεγάλα ποσά κρατικών επιδοτήσεων τα τελευταία χρόνια, γεγονός που αντικατοπτρίζει την ισχυρή υποστήριξη της χώρας για τον εντοπισμό των FPGA. Δεύτερον, ο κύκλος ζωής των 28 nm είναι μεγαλύτερος από τις προηγούμενες γενιές, δίνοντας στους εγχώριους κατασκευαστές άφθονο χώρο για να καλύψουν τη διαφορά.

Κρίνοντας από τα στοιχεία που αποκαλύφθηκαν, την πενταετία από το 2018 έως το 2022, οι εγχώριοι κατασκευαστές FPGA λάμβαναν δεκάδες εκατομμύρια ή και εκατοντάδες εκατομμύρια κρατικές επιδοτήσεις κάθε χρόνο. Το 2022, τα ποσά της κρατικής επιδότησης που περιλαμβάνονται στα τρέχοντα κέρδη και ζημίες για την Anlu Technology, τη Fudan Micro και τη Ziguang Guowei είναι 30 εκατομμύρια RMB+, 60 εκατομμύρια RMB+ και 170 εκατομμύρια RMB αντίστοιχα. Η Loongson Zhongke, της οποίας τα κύρια προϊόντα είναι οι CPU, θα λάβει κρατικές επιδοτήσεις ύψους 190 εκατομμυρίων γιουάν το 2022, η Haiguang Information, της οποίας τα κύρια προϊόντα είναι CPU και DCU, θα λάβει 60 εκατομμύρια+ και η Jingjiawei θα λάβει 30 εκατομμύρια+. Σύμφωνα με τα δεδομένα της WSTS, το μέγεθος της αγοράς μικροεπεξεργαστή θα είναι 50,8 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2022, δηλαδή 6 φορές το μέγεθος της αγοράς FPGA. Σε σύγκριση με άλλες κατηγορίες εταιρειών ψηφιακών τσιπ, το ποσό των κρατικών επιδοτήσεων που λαμβάνουν οι εταιρείες FPGA εξακολουθεί να είναι σχετικά μεγάλο, αντανακλώντας την ισχυρή προθυμία της χώρας να υποστηρίξει τα FPGA.

Επιπλέον, ως τυπικό ψηφιακό τσιπ, ο κύκλος ζωής του FPGA είναι γενικά μόνο 10-15 χρόνια (ενώ τα αναλογικά τσιπ μπορεί να είναι περισσότερα από 20 χρόνια Η αιχμή των εσόδων βρίσκεται συχνά στα 4-5 χρόνια μετά). λανσάρισμα, 60 χρόνια λόγω των χαρακτηριστικών της ταχείας επανάληψης % των εσόδων σημειώθηκε τα πρώτα 6 χρόνια, ακολουθούμενη από μια αγορά στην οποία τόσο ο όγκος όσο και η τιμή μειώθηκαν. Ως εκ τούτου, οι παράγοντες της αγοράς πρέπει να αγωνιστούν για να ανταγωνίζονται για την ηγετική θέση στη διαδικασία, επειδή οι κατασκευαστές που καθυστερούν τις διαδικασίες συχνά δεν μπορούν να εξασφαλίσουν αρκετά έσοδα για να υποστηρίξουν την ανάπτυξη προϊόντων επόμενης γενιάς. Ο κύκλος ζωής των 28 nm είναι μεγαλύτερος από τις προηγούμενες γενιές, γεγονός που δίνει στους εγχώριους κατασκευαστές άφθονο χώρο για να καλύψουν τη διαφορά.

Στο μέλλον, η αγορά τσιπ FPGA θα συνεχίσει να διατηρεί ταχεία ανάπτυξη. Με τη συνεχή ανάπτυξη του 5G, του Διαδικτύου των πραγμάτων, της τεχνητής νοημοσύνης και άλλων τεχνολογιών, τα τσιπ FPGA θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε περισσότερους τομείς. Ταυτόχρονα, με τη συνεχή πρόοδο της εγχώριας τεχνολογίας τσιπ FPGA και τη σταδιακή αύξηση του μεριδίου αγοράς, η εγχώρια αγορά τσιπ FPGA θα εγκαινιάσει επίσης έναν ευρύτερο χώρο ανάπτυξης.

Σύμφωνα με την πρόβλεψη της Frost & Sullivan, το παγκόσμιο μέγεθος της αγοράς FPGA αναμένεται να ξεπεράσει τα 12,5 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2025 και το μέγεθος της εγχώριας αγοράς θα αυξηθεί από 20,88 δισεκατομμύρια RMB το 2022 σε 33,22 δισεκατομμύρια RMB το 2025, με τριετή CAGR περίπου 17%.

Γενικά, η αγορά τσιπ FPGA είναι μια αγορά γεμάτη ευκαιρίες και προκλήσεις. Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και τη συνεχή επέκταση των πεδίων εφαρμογών, τα τσιπ FPGA θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε περισσότερους τομείς και θα προωθήσουν την ταχεία ανάπτυξη των σχετικών βιομηχανιών.