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近期正好在循着国产FPGA产业链进行重点企业的梳理，而之前一直没有太多机会和中科芯FPGA专家们来聊一聊，其子公司无锡中微亿芯有限公司（以下简称“中微亿芯”）在FPGA领域的竞争力和当前国产FPGA赛道的整体现状。
巧合的是，近日我的FPGA文章被中微亿芯的专家看到了，同时我也收到了来自中微亿芯的邀请，让我采访一下中微亿芯总经理单悦尔，通过这次访谈，加深了我对国产FPGA产业的认识，遂跃跃欲试，想与大家分享一些信息。
图 | 中微亿芯总经理单悦尔
中微亿芯公司简介
中微亿芯成立于2013年，系中国电子科技集团有限公司旗下子公司，从2002年开始从事可编程芯片的研制，是国内最早做可编程技术研究的单位之一，早期主做CPLD、GAL这些小规模逻辑单元，现已拥有FPGA全流程设计能力，具备16nm FPGA批产能力以及12nm FPGA设计能力，是全球第四家拥有亿门级FinFET FPGA系列芯片量产供货能力的公司。
下面简单介绍一下中微亿芯FPGA发展的各个重要时间节点：
2002年，研制出基于0.8μm工艺的GAL。
2004年，研制出基于0.8μm工艺的CPLD。
2006年， 开始接国家课题，研发基于0.5μm工艺的10万门级FPGA。
2009年，研制出基于0.35μm工艺的20万门级FPGA。
2011年，研制出基于0.25μm工艺的FPGA，对标赛灵思的Qro Virtex系列。
2012年，中微亿芯、复旦微电、紫光等7家单位完成百万门级FPGA的开发。
2013年，在中国电科的战略部署下，引进海外团队，重点打造全自主的架构、软件和开发方案。
2015年，研制出基于65nm工艺的FPGA，对标赛灵思V4系列。
2016-2017年，并成功研制“亿芯一号、“亿芯二号”，逻辑门数达到250万、600万和1000万，其中1000万门级产品采用了40nm制程工艺。
2018年，在国家课题的牵引下，公司成功研制国内第一颗全自主架构的FPGA，容量达到3500万门，但自主架构在兼容性方面表现一般，出货量很低。
2019年，公司成功研制“亿芯三号”、亿芯四号”，逻辑门数达到7000万，对标赛灵思V7系列；同年，中微亿芯进行成果转化和员工持股的改制，简称“混改”，2019年年底改制完成。
2020年，中微亿芯正式开始公司化、市场化运作；同年推出SIP产品（微系统）。
2021年-2022年，在国家重点研发计划的牵引下，中微亿芯成功研制基于FinFET工艺的全自主架构的1亿门级FPGA产品JYX1000T，并于2022年推出；2022年，公司融资7.13亿元，领投方是浙大中控。
2023-2024年，公司不断扩宽基于FinFET工艺的FPGA产品谱系，当前已成为国内FinFET工艺下量产产品种类最多的单位；同年在产业领域的发货量预计突破100万颗。
单悦尔表示：“今天，中微亿芯将自己定义为FPGA行业的追赶者，希望和先发企业做不一样的产品，以用户为驱动，在特定的领域中做出自己的特色。”
国产FPGA赛道上，如何正为一名好的追赶者？
中国的FPGA行业正在经历从百家争鸣到聚沙成塔的过程。换一个角度来说，目前已经从跟踪研仿国外FPGA芯片蜕变为自主定义、自主架构、自主软件的国产FPGA生态体系构建初见雏形。
未来几年中国的FPGA企业预计会从目前的10家左右浓缩成3-4家，并且这几家的产品形态、技术路线都会有各自的特点，形成差异化竞争。
那么，除中微亿芯外，当前主流的几家FPGA产品线都有些什么特色呢？下面我们从不同的维度来盘点一下：
- 自主架构
国内纯自主架构做得最好的是紫光同创，紫光同创也是2013年成立的，当时紫光国微主攻做国产替代，另外专门拉了一个团队出来成立了紫光同创，并制定了两大目标：第一、要做全自主研发的产品；第二，瞄准华为，要进移动通信。经过十多年的努力，紫光同创成为国内给华为供货量最大的FPGA厂商，同时在产业FPGA领域，不管是在技术领先性、产品成熟度、市场规模，还是商业化程度上，紫光同创都是国内最领先的。
此外，在自主架构方面做的第二好的是安路科技，但安路科技的产品架构类似于Lattice，在容量方面很难做大。
- 容量规模
国内有四家具备亿门级FinFET FPGA芯片研发能力的公司，分别是：紫光同创、中微亿芯、复旦微电和易灵思。另外，苏州异格也在做，但目前还没有出产品。
而在小容量FPGA领域，市场整体体量不大，竞争却非常激烈。光FPGA厂商就包括高云、智多晶、京微齐力，以及后面进来的中科亿海微等。与此同时，在小容量FPGA市场上，竞争对手除了FPGA厂商外，还包括MCU厂商、单片机厂商，甚至还有买了RISC-V内核自己设计芯片的“快食型”企业。
- 兼容性能
一款FPGA产品面世后的好坏，由用户说了算，而在国产FPGA芯片产业还没有成为行业领导者的时候，产品的定义主导权就还在国外三大巨头的手中。
在国产FPGA的兼容性方面，国内做的最好的是复旦微电，可以原位替代的国外竞品，所以在国产替代市场上，复旦微电的市占率最高。
对此，单悦尔分析道：“在这样的竞争环境中，中微亿芯虽然起步较早，但中间跑慢了，所以把自己定义为一位追赶者。作为追赶者，劣势是没有足够的融资渠道，团队规模和资金规模比不了已上市的企业，所以只有两条路可走：1、做差异化的产品，在一些其他公司没有做的产品领域做出自己的特色；2、在相同的情况下，采用更先进的工艺，做功耗更低、成本更低的产品。”
“好在经过近10年的研发和努力，从最初的反向到后来的自主创新，已经走出了一条属于中微亿芯自己的FPGA国产化之路——从逻辑代码开发到版图设计，全部采用正向开发；但在封装和资源匹配度上，公司依旧会重点考虑和市场主流产品的兼容性问题。” 单悦尔补充道。
值得一提的是，中微亿芯在引进比特大陆和英特尔两个团队后，其产品的确比同类型28nm、16nm工艺下的竞品，在低功耗设计和温升方面的表现更佳。
跨过亿门级的槛， 产业领域出货达100万颗
现阶段，中微亿芯已突破亿门级FPGA器件自主研制瓶颈，形成了自主亿门级FPGA架构，支持异构集成和系列化扩展，完成了30余款产品的研制并推向市场。在此基础上，2022年公司实现营收2.58亿元，2023年营收突破3.5亿元。
在高可靠FPGA领域，中微亿芯市场占比连年递增，2021年占比9%，2022年占比11%，排名全国前三（统计口径包括FPGA芯片、SoC/SIP产品，以及基于FPGA的板卡产品）。
但高可靠FPGA容量是有限的，预计再过几年，会固定在8-10亿的规模。而目前国产FPGA的市场规模约50亿元，预计到2025年将会超过300亿元，其中大量的市场需求在产业市场。
因此，中微亿芯作为中国电科的子公司，除了研制大容量高可靠FPGA之外，未来会投入更多的资源在产业领域。
对此，单悦尔欣喜道：“当前，公司FinFET工艺的产品出货有5款，虽然量还有一个上升的过程，但我们认为这是我们跑得最快的产品，2021年第一颗FinFET工艺FPGA出来后，本身那颗没卖多少，但它的4颗衍生品都卖的比较好，特别主推的低功耗系列FPGA在产业市场今年的出货量会超过100万颗，这不仅可以带来销售收入的提升，还能加强我们在供应链侧的议价话语权。”
据了解，全系列低功耗FPGA同样采用FinFET工艺，逻辑资源只有2000万门左右，但工艺和底层逻辑库是和亿门级的产品互通的。未来，基于累积的大量底层逻辑库，采用从上往下裁剪的方法来研发芯片时，可能只需要4-5个月，再把NRE费用摊薄到未来市场，商业逻辑就闭环了。
而今年之所以中微亿芯能在产业领域获得如此成绩，还要归功于浙大中控对公司产业投资所带来的影响；2023年—2024年期间，已完成全系列FPGA国产化代替。
从中微亿芯处了解到，当前在产业领域，公司的精力会相对聚焦，主要覆盖工控、图像处理和电力控制领域。
对此，单悦尔举例道：“在电力控制上，包括储能的控制，原来都是用MCU来做的，但随着储能站的电池阵列越来越大，每个节点都放一颗MCU的成本较高，而采用FPGA方案的话，1颗就能控制整个阵列，效率和成本优势很明显。”
此外，在产业领域，中微亿芯在领域定制和小型化集成方面拥有自己的特色。在领域定制方面，比如带HBM接口FPGA产品，中微亿芯在国内是首创，它能够满足下一代网络传输对超高带宽的要求，某通讯公司目前所有的交换机里面用的FPGA都是赛灵思的，因为没有国产芯片可替代，但这些元件未来会越来越难买，或者价格会很高，比如几万块钱一片，这在产业领域是非常高的价格，所以中微亿芯想切入这个市场。在小型化集成方面，中微亿芯表示，其产品具有软硬件结合的特色，后面的迭代速度会较快。
国产FPGA，“融核创芯”是新的机会点
在高端FPGA市场，受到工艺的限制，7nm及以下的产品谱系准入门槛太高。而在中端市场，这样的限制就会小很多，国内28nm、22nm的性价比较高，加上客户对供应链自主可控的诉求，国内几家FPGA厂商有足够的能力来拿下本土重要中端市场。
而这几年，在国产FPGA市占率逐渐上升的趋势中，我们看到“融核创芯”是新的机会点。
中微亿芯表示，未来公司将朝着3D、Chiplet和异构的SoC和SIP的方向去发展。
当前，中微亿芯已经在SoC的研制方面有了不少技术累积，包括：
1、 采用全新架构的设计，通过异构将处理器和FPGA进行有效的融合，支持双核CPU，主频高达800MHz，8路AXI内部互联支持PL和PS之间的数据传输，支持PL和PS侧共享芯片内错误、中断信号，采用统一地址映射，支持级联调试模式，可同时对PS和PL进行代码调试开发。
2、 采用全新的DDR的设计方法，通过自底向上和自顶向下的两重设计方法，实现软件代码的革新，使DDR的性能功耗达到最优配比；在设计兼容性方面，全面对标赛灵思Zynq-7045；在封装兼容性方面，采用倒装工艺，并提供兼容对标器件的PCB设计指导。
3、 在系统集成方案方面，采用由海外和本土团队共同打造的第一代SoC辅助开发环境，其中前端自动化集成工具能够实现大小写自动转换、字符模湖匹配、内嵌教学公式计算、宏定义自动裁剪、端口自动声明和生成、端口自动连接等功能；同时，芯片采用静态检查的方式来保证连接（Lint）、跨时钟域（CDC）、复位同步（RDC）的正确性，为了保证环境的统一和易用，静态检查使用python脚本来处理和生成batch运行环境并自动运行。
4、 在验证方法上面，采用系统级软硬件协同验证的方法，通过FPGA模拟ARM内核，验证对ViVado原生态SDK环境的支持，来保障可编程逻辑和ARM核的兼容性，降低用户在国产化替代过程中移植开发的难度。
5、 在PS侧后端实现方面，采用自顶向下的方法，分别对CPU和DDR进行后端设计，再通过纯数字化流程实现进行芯片整体的集成，可以严格保证时序的准确性。
在此基础上，中微亿芯发布了高性能可编程SoC/SIP系列——ARM A9处理器SoC Z7，及以7系列FPGA为核心的SIP电路。
基于以上技术突破，未来1-2年，中微亿芯的产品规划如下：
1、研制出对标UltraScale的3D-4亿门级FPGA芯片；
2、研制出采用RISC-V内核（对标A53）的采算一体RF-SoC；
3、研制出采用RISC-V 8核（对标A78），基于“CPU+FPGA+AI”架构的ACAP异构融核计算芯片。
EDA人才缺乏，依旧是国产FPGA企业的发展痛点
商业布局，人才先行。
在FPGA领域，以赛灵思的人员架构为例，它在设计、软件、应用支持方面的人才比例是1:1:1。而对于国内FPGA厂商来讲，产品兼容性好的前提是软件要做好，这些企业当前在软件方面的投入力度是远远不够的。以中微亿芯为例，在人员配比上，340人的国内团队中，纯研发的有290人，研发投入比例高达70%，但EDA软件开发当前只有30人，不足整体员工数量的1/10。那么问题出在哪里呢？
单悦尔表示：“当前EDA的人才太少了，有EDA专业的高校就只有几所，当前中微亿芯在和高校做联合培养，包括海外的高校，如爱丁堡大学。另外，在国家的支持下，也有一些海外引智的计划，包括和那边的教授做一些联合开发。就目前而言，欧洲相比美国，开放度还是会高一些，目前从美国引进软件专家的可能几乎为零。”
所以，EDA人才缺乏，依旧是国产FPGA企业的发展痛点，而要解决该痛点，必须要做长线布局，包括教育体系的改革。
写在最后
中微亿芯之所以名字中含“亿芯”二字，因为公司成立之初的愿景是：有朝一日，要研制出中国自主的1亿门级FPGA芯片，而当时全球最先进的是赛灵思的5000万门FPGA芯片。
如今，中微亿芯已经跨过了1亿门级FPGA的槛，但在更大容量FPGA芯片的研制过程中，同样面临工艺线卡脖子的问题。与此同时，中国又是全球最大的FPGA需求国，因此，未来国内可编程芯片的方向，必定会从普遍通用向领域定制转化，以用户需求牵引的可编程SoC和异构计算平台化芯片会成为主流。而中微亿芯也将跟随时代步伐，往异构、3D、处理器融合等方向重点发展。
据悉，为了更好地支撑研发投入，加快公司市场化运作步伐，按照中国电科战略规划预计2025年对中微亿芯进行股改，2026年开始推行上市，启动IPO工作。
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