國產(chǎn)宇航級FPGA芯片亮相 初步打破外國封鎖壟斷

最近幾年軍事的熱點之一就是芯片，美國對中國的芯片封鎖和制裁持續(xù)了許多年，軍用的一個都不賣，民用的高端也不少封鎖，中興事件就是一個巨大的教訓：不掌握核心技術，人家隨便拿捏你，毫無辦法，只有認輸。

而中國軍事科研被歐美強國制裁慣了，依靠自己努力出成就是常態(tài)，最近據(jù)媒體報道，北京微電子技術研究所日前成功研制出國內(nèi)首個自主可控的宇航用千萬門級高性能高可靠FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）芯片。經(jīng)過ATE測試和板級驗證，本次發(fā)布的兩款FPGA的功能和性能指標均達到國外對標產(chǎn)品水平，相比前一代BQR2V系列FPGA產(chǎn)品，系統(tǒng)容量增加58％，系統(tǒng)性能提升50％，功耗降低40％。

作為一種非常重要的芯片，F(xiàn)PGA一直是國內(nèi)的短板，市場基本被國外壟斷，國內(nèi)超過100億元的FPGA市場中，國產(chǎn)市占率不到3％。隨著消費電子和通信等終端設備需求總量的增長，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、智能汽車以及物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算的發(fā)展，對FPGA的需求大增。據(jù)預計，從2017年到2021年，整個FPGA市場將會以年均9％的速度穩(wěn)步增長，超過100億美元。

而民用FPGA主要由美國兩巨頭壟斷，美國Xilinx和Altera（前年被Intel收購）兩家就占了全球90%的市場，實際上中高端民用FPGA只能買美國的，而軍用宇航級FPGA則非常昂貴，一塊幾十萬人民幣起，即使給錢也買不到的貨。

而更糟糕的是，中國的華為中興一類電子通訊類高科技企業(yè)，需要大量的先進FAGA，幾乎都要從美國進口，而國產(chǎn)FPGA只能做低端，中端幾乎沒有，高端就不要提，打破美國壟斷任重道遠。

或許有朋友就問，我們不是有龍芯芯片嗎？華為不是也有麒麟芯片嗎？為何一定要進口美國FPGA芯片呢？

其實，這就是電子工業(yè)的復雜性，電子工業(yè)需要用到很多種芯片，大家常見的CPU和GPU，在普通家用很常見，但是在某些特殊場合，那就吃不開玩不轉(zhuǎn)了，比如高速實時信號處理，圖像處理等方面。

FPGA芯片從技術來說很復雜，這里簡單介紹一下，F(xiàn)PGA簡單地說是介于專用芯片ASIC，和通用芯片CPU之間的一個東西，類似樂高積木，客戶自己可以改變內(nèi)部晶體管連線的芯片，事先做進去幾百萬個或者高達幾千萬個門電路，通過廠家提供的開發(fā)環(huán)境和描述語言，客戶能夠把FPGA燒錄成自己想要的芯片。

專用芯片就是固化的流程和計算，輸入固化的數(shù)據(jù)，收到固化的結(jié)果，計算速度最快，效率最高，但是每一個應用必須設計一種專門的集成電路，應用復雜化以后基本是不可能完成的坑爹任務。

通用CPU價格便宜，但是客戶的產(chǎn)品可能需要某方面的性能特別強，但是如果產(chǎn)品的數(shù)量不夠多，如果自己設計專用ASIC芯片的話，去臺積電等代工廠流片一次幾百萬美元，除以自己產(chǎn)品的銷量，如果預期銷量只有幾千臺，那這芯片的平均價格就有幾萬美元一片了，太貴。在這種情況下，就可以用FPGA來代替。

而CPU則是完全指令化，編程化的通用單元，用大量的晶體管堆積計算單元核心，用編碼和計算的方式實現(xiàn)通用計算單元，CPU晶體管效率低，計算流水線長，靈活性最高。

FPGA則介于兩者之間，它可以看作專門簡化的只單純的集成邏輯門選擇的半固化芯片，它的邏輯編程通過燒錄刻入邏輯門規(guī)則，因此輸入輸出其實沒有CPU的解碼，編碼，計算的過程，仍然類似于專用電路的直接硬計算，效率和能耗比CPU好很多。

CPU的編程是通過多層語言編譯和翻譯最后形成機器語言的，F(xiàn)PGA很底層，只能直接用機器語言編程，編程難度比較大，而且不能編寫太復雜的程序，F(xiàn)PGA目前最主要的意義是低級別的可以以通用集成電路通過刻錄代替大量專用電路，高級的則是降低CPU功耗，提高性能，打破摩爾定律。

實際上，芯片大戰(zhàn)已經(jīng)從普通通用CPU擴展到GPU還有FPGA芯片，中國想要不受制于人，還得努力燒錢攻克高端FPGA芯片，這一次北京微電子攻克宇航級別FPGA芯片就是例子。華為贏了手機芯片之戰(zhàn)，F(xiàn)PGA芯片還得繼續(xù)努力。