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FPGA搭上5G顺风车 技术和成本仍是两道关

近期,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。
发布时间:2019-02-27 09:27        来源:中国电子报        作者:张心怡

近期,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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