FPGA搭上5G顺风车 技术和成本仍是两道关

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转自：中国电子报（http://epaper.cena.com.cn/content/2019-02/26/content_672082.htm）

FPGA巨头赛灵思发布了一份亮眼的财报。2019财年第三季度，赛灵思净收入8亿美元，同比上涨34%。财报发布次日，股价应声上涨18%，在科技股寒冬中可谓逆势走强。其中，通信业务得益于全球4G LET和5G部署，增幅达到41%，在各业务板块中增幅最高。CEO Victor Peng也在电话会议中指出，通信板块的增长主要受益于韩国5G部署和中国5G部署的提早开始。5G技术的不确定性和较长的迭代过程，为可编程的FPGA创造了战略窗口期。5G将带给FPGA哪些机遇和挑战？面对5G带来的全新竞争格局，中国FPGA厂商又该如何应对？

5G将为FPGA带来可观的增量市场

相比上一代通信技术，5G无线移动宽带系统容量是4G LTE的1000倍，最低速率达到1Gbps，典型端到端时延仅为5~10毫秒。为满足大容量接入要求，5G将采用大规模MIMO、基于云的RAN等新技术。新方案的不断引入，为硬件可重构的FPGA带来了增量市场。

“5G网络的典型特点包括高速度、泛在网、低功耗、低延时，以及更高的可扩展性、智能性和异构性。为满足这些新的要求，5G网络必须采用许多新的技术，比如海量MIMO、云RAN、新的基带和RF架构等，而这些新的技术存在不确定性和较长的优化和迭代过程，而且市场上短期内没有形成统一的方案，在网络应用和运维通过较长时间达到最优之前，都需要FPGA方案解决。FPGA两大国际巨头赛灵思和英特尔都将5G通信作为未来几年的战略方向之一。”FPGA厂商紫光同创市场总监吕喆向《中国电子报》记者表示。

FPGA计算效率高、适合并行计算，能够根据不同的计算任务和工作负载进行加速，常常作为加速卡部署在数据中心。出于5G对低延时和高性能的需求，FPGA的加速功能也被沿用到5G平台。

“3GPP标准的复杂性、多频段与广泛频谱支持，均属于FPGA的应用场景。市场细分带来了不同的功能拆分选项，为asic应用带来了难题。在市场细分过程中，加速器对于5G网络的可行性至关重要，独立式FPGA是作为加速引擎的理想平台。”赛灵思通信业务主管总监Gilles Garcia向《中国电子报》记者表示。

与此同时，FPGA能够根据算法和系统重组硬件，支持软件定义网络，与标准不断发展和完善的5G网络及5G虚拟网络有着良好的契合性，FPGA巨头英特尔就推出了针对5G虚拟网络的FPGA加速方案。英特尔5G基础设施部门总经理Caroline Y.Chan指出，5G给网络架构带来变革，需要网络虚拟化来应对产业对灵活性的要求，结合FPGA与服务器优势，可以设计出性能功耗比最高，同时具有高度灵活性的系统，满足客户日益严苛的要求。

FPGA面临成本和技术挑战

FPGA的灵活性是一把双刃剑，一方面，它的可编程特性适合5G迭代周期的需求；另一方面，在5G技术相对明确之后，FPGA将面临ASIC等芯片的竞争和挑战。

赛迪研究院集成电路所超摩尔研究室主任朱邵歆向《中国电子报》记者表示，通信设备供应商出于成本、功耗、差异化的考虑，开始使用定制化ASIC芯片来替代基站中使用的FPGA。对于数字中频处理芯片来说，ASIC的成本约为FPGA的1/4，功耗约为1/3。基站市场格局的集中，使得通信设备龙头企业自主研发ASIC数字中频处理芯片的意愿更强烈，能抵消芯片设计和制造的成本，提升基站产品的差异化竞争力。

“从基站设备来看，通信设备企业正在自研ASIC芯片取代FPGA，从基站通信系统开发来看，在新型系统的开发过程中，依然需要FPGA作为原型验证。”朱邵歆说。

5G带给FPGA的“红利”是暂时性的么？吕喆向记者表示，在很长时间内，5G通信设备中的许多需求无法用统一的专用芯片解决方案解决。比如，5G时代的天线将会以大规模天线阵列的形式出现，收发通道的数量远大于4G时代基站天线的数量，从而带来了大量信号并行处理的需求，FPGA是解决这类需求的理想方案；另外，5G时代在宏基站的基础上，也可能会出现更多形态的微基站，需要FPGA的应用场景也会更多。

由于FPGA也被应用于深度学习，将人工智能融入5G平台，增强FPGA的自适应能力，也被视为一种增强5G灵活性的方案。例如赛灵思将在第四代射频SoC加入AI引擎，以应对5G基础设施的未来需求。

“我们预计将推出基于AI的新服务，这将推动更高带宽，以及对 5G基础设施的更高需求。此外，我们也可以看到AI直接应用于5G设备，例如管理波束成形，以及规划、预测用户移动性等。”Gilles Garcia对记者说。

中国FPGA厂商迎来加速成长契机

目前，FPGA龙头厂商以赛灵思、英特尔为主，莱迪思和美高森美也占据了一定的市场份额，国内则有紫光同创、上海安路、广东高云等半导体厂商在研发FPGA。但是，国内FPGA以偏低端的CPLD和小规模FPGA器件为主，市场占有率低。5G的到来在为FPGA带来成长机会的同时，是否能加速国内FPGA的发展呢？

吕喆向《中国电子报》记者表示，目前国产量产的FPGA中，规模最大、指标最先进的是紫光同创的Titan系列FPGA，逻辑规模近200K，支持6.6Gbps的Serdes，这个指标距离国际先进水平还有很大的差距，可以说国产FPGA的追赶之路任重道远。

“5G带来的市场增量，以及由此带来的系统厂商设备升级的需求，确实是国产FPGA加速成长的一个机会，特别是如果能与国内通信设备系统厂商一起合作的话，更能加速国产FPGA产品在通信和5G应用领域的成熟。但短期内，国内FPGA厂家作为芯片供应商，还不具备提供满足高性能5G设备产品和系统的能力。”吕喆说。

FPGA是技术密集型产业，三星、英特尔、IBM等多家公司都尝试进入该领域，但目前只有英特尔通过收购全球第二大FPGA厂商Altera成功入行。据了解，FPGA双寡头赛灵思和英特尔在FPGA领域的专利高达6000多项。面对5G带来的难得机遇，中国厂商在健全软硬件生态、探索差异化竞争的同时，关键还是提升研发实力和技术积累，将产品推向更广阔的竞争市场。

“在FPGA行业或者芯片行业，不存在风口上的猪的童话，反倒是有马太效应的残酷现实，只有真正有实力的玩家，才能飞得起来，甚至引领风向。”吕喆说。

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