高云半导体：FPGA市场的搅局者

　　FPGA将在未来的数字系统中应用越来越广泛。在此背景下，中国发展FPGA有着重要意义。中国企业广东高云半导体科技股份有限公司副总裁兼首席执行官朱璟辉认为，在传统厂商主导的FPGA市场中，高云正成为一个搅局者。

　　FPGA（Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列）是赛灵思（Xilinx）公司创始人Ross Freeman在上世纪80年代发明的专利，也是第三次工业革命时期半导体领域出现的新事物。它的基本单元很简单，包括查高云半导体：FPGA市场的搅局者找表、寄存器、布线、输入输出端口等。在近30年的发展过程中，逐渐地被加入储存器、锁相环、信号处理单元、高速串并转换、微处理器等，因此，今天的每一个FPGA都成为了一个系统器件，从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心。如今，随着人工智能、机器学习、工业控制、无人驾驶、大数据等对并行计算需求的强劲增长，FPGA在未来的数字系统中应用愈加广泛。在此背景下，中国发展FPGA有着重要意义。中国企业广东高云半导体科技股份有限公司（下称高云）副总裁兼首席执行官朱璟辉认为，在传统厂商主导的FPGA市场中，高云正成为一个搅局者。

　　工业强基战略及高云的机会

　　在硅谷2016年新成立的初创企业当中，50%涉及FPGA项目。很多巨头，如微软、苹果、谷歌、亚马逊，也在花巨资投入FPGA。英特尔在不久前花费167亿美元收购领先FPGA厂商Altera，也足以说明，未来FPGA在热点应用中的地位正在攀升。

　　在中国工业强基战略中，FPGA扮演的角色同样越来越重要，这个重要性体现在芯片的乘数效应上。朱璟辉说，如果今天有一位工程师想做一个电子系统，选择芯片的时候通常会有以下几个途径：一个是采用专用芯片即ASIC，这种方案周期少则一年，多则两年才能做出一个产品来。这样的高门槛对很多希望创新、希望做系统芯片的企业是一个很大的障碍。另一个选择，是到网站上花约100美元买一个初期开发板。或者到高云的网站，把高云的软件免费下载下来直接进行设计。这几种方案，对企业的产品开发周期影响巨大。很多有志于创业、有新思想的设计师选择用FPGA，因为可以更快地实现创新。

　　朱璟辉说，高云的FPGA是一个平台，软件工具链就相当于笔和墨，客户在这个平台上做出来的东西，就是知识产权。客户成功了，高云就成功了，高云的成功，背后将是一大批企业的成功，这就是乘数效应。

　　“我们的团队成员在FPGA领域耕耘了很多年，对FPGA市场现状并不满意。”朱璟辉认为，虽然30年来别的技术领域，比如DSP、MCU都发生着翻天覆地的变化，但唯有FPGA领域没有太大变化。这个局面的形成主要有两方面的原因：一方面是FPGA技术门槛很高，一般厂商很难进入。另一方面，在门槛高的情况下，其他企业进不来，大的领导厂商也容易发生故步自封的情况。“数年前，FPGA有很大潜力吞噬大部分ASIC市场，但实际上到现在为止也只吃掉一点点，这让我觉得非常遗憾。特别是从2000年之后，FPGA的一个重要发展契机是手机的普及，借此契机，高通、联发科一跃而起，而FPGA几乎没有什么大的作为。”

　　现在FPGA又面临着一个发展良机。从市场应用情况看，当前，FPGA产品应用面拓宽，基本涵盖了现在的所有热点：5G无线通信、数据中心、工业控制、汽车ADAS、安全与消费领域等。因为FPGA是可编程的器件，在热点技术当中，总有它的身影。特别是在工业控制、制造及消费领域，潜在需求即将爆发。

　　在传统的工业控制领域，FPGA已经有了较多的应用，如PLC、人机界面HMI控制、马达控制、视频监控、机器视觉等，是工业控制系统中重要的基础器件。FPGA的可程序化逻辑特性，让它比其他ASIC或MCU有更大的设计弹性。朱璟辉进一步指出：“随着科技的进展，制造业走向更高度的自动化与智能化，工业控制技术等领域不断产生新需求，在未来的工业制造领域，FPGA将有更大的发展空间。目前来看，有两个领域的应用前景十分巨大：一是工业互联网领域。作为未来制造业发展的方向，工业大数据、云计算平台、MES系统等都是支持工业智能化的重要平台，它们需要完成大数据量的复杂处理，FPGA在其中可以发挥重要作用。二是工业机器人设备领域。在多轴向运作的精密控制、实时同步的连接以及设备多功能整合等方面，兼具弹性和整合性的FPGA，更能展现设计优势。”

　　更高度的功能整合、降低成本，缩小产品尺寸，将是工业4.0时代的发展大趋势。FPGA可以助推这个趋势的发展。此外，FPGA的应用领域还有很多，通信、工业、军事、航空、消费、数据中心、汽车和医疗市场中都将发挥优势。同时，新的应用市场不断出现，人工智能、机器学习、无人驾驶、大数据等，对并行计算都有着强烈的需求，而这些正是FPGA拥有天然优势的新方向。如汽车ADAS，需要处理实时高清图像，及时分析识别与处理，FPGA的作用明显。在人工智能方面，深度学习神经网络也需要进行大量并行运算。

　　“高云在中国做FPGA，不仅是希望中国要有自己的FPGA技术和产品，而且高云自己也希望做一个搅局者。我们的目标，是突破现有的FPGA市场，推动FPGA用到更加广泛的领域。”

　　做中国FPGA产品的领导者

　　目前FPGA的市场被国外几大厂商垄断，而国产FPGA尚处于起步阶段。面对强敌环视的市场格局，高云靠什么来搅动目前的市场格局？

　　“创新，这是必不可缺少的。我认为，中国初创公司其实与世界其它初创公司是一样的，就是企业的自身创新能力和技术水平非常重要。比如我们就首创了可以随机访问的用户闪存。跨国收购也是提升创新能力的途径之一。两年前，高云收购了硅谷企业美乐迪半导体公司，该公司生产的FPGA芯片可用在机器人、传感器等设备上，市场潜能巨大。”在中国“2016中国工业强基战略推进论坛”现场，朱璟辉如是说，“其次，突破市场壁垒，还需要有正确的产品战略和市场战略。做出的产品还要能卖出去，让用户体会到，用你的产品能够为他真正带来价值，这也是我们的努力方向。我们的目标是成为中国的FPGA产品领导者，达到国际厂商的水平。”

　　高云半导体目前已经成功推出了成熟的中密度晨熙家族和低密度小蜜蜂家族产品。晨熙家族有具有代表国内最先进的设计水平的产品GW2A-55，是目前中密度FPGA国际市场上输入输出单位成本的领先者；小蜜蜂家族是基于世界领先的嵌入式闪存工艺，以低成本、低功耗、小薄封装为主要目标，集成了高云半导体首创的可随机访问的用户闪存模块，有效拓广了应用范围，除了可满足传统通信、工业控制、视频监控等领域的应用需求外，也为消费类行业客户提供了更多的选择。

　　随着高云中低密度产品逐步量产、中高密度产品的陆续推出，未来预计会在FPGA市场大有作为，特别是工业智造、智能家居，以及为可穿戴设备等新兴领域提供开发平台，让用户更容易实现创新设计，顺利实现商业价值。

　　朱璟辉介绍，自2014年1月成立以来，高云发布的FPGA家族产品，引起了海内外业界的一致关注。其中高云首创的用户闪存模块尤为引人注目，成为高云产品与同类产品差异化的标志，也为高云成为中国FPGA产品的领导者做好了铺垫。

　　高云的战略

　　朱璟辉介绍，高云的主要战略思想建立在市场现状基础之上。目前几家大的领导厂商产品都是集中在高密度FPGA器件上，这类器件的毛利率占了70%～80%利润，低密度产品的利润只有50%左右，利润的差别使得他们不愿意做较低密度的产品。这正是高云能够利用的契入点。高云小蜜蜂7系列主要应用于消费品，针对低功耗、低成本应用。GW2A是高云的中密度产品，主要应用于存储、数据中心等中高端应用，对低功耗的要求较少，但要求高性能。目前高云低密度产品已经盈利，开始为高云的高端研发做出支持。

　　朱璟辉指出，高云做产品有着自己的前瞻性。做FPGA产品，从一开始立项到产品开始销售，通常需要两年左右的时间。因此，从一开始就要预测两年之后市场的需求、两年之后的需求热点，而高云在硅谷的设计中心正提供了这种设计前瞻性。“如果没有这个预测能力的话，做FPGA产品就是在忽悠。在硅谷这个科技窗口，你可以看得更远，产品可以更有创新性，而不是只跟在别人后面做。比如用户闪存，我们是第一个用eFlash进行设计的FPGA公司。另外，高云第一个做到FPGA产品加密机制为默认状态，使得山寨起来非常困难。这也是高云的独创。我们中国的客户是很挑剔的，他们面对的是与国际客户竞争。我们要做的就是比竞争对手更强的产品。”

　　目前，高云在美国的硅谷研发中心有着对前沿技术的掌控力，负责产品的定义；上海研发中心负责硬件研发主体，形成从产品定义开发支持到售后服务全梯队支持；济南研发中心形成软件研发主体，以及高云软硬件家族系列后续产品研发主力；深圳中心负责市场销售，由熟悉FPGA市场的原国际大厂销售、市场精英担纲。朱璟辉认为，团队成员软硬件同步开发，拥有自主知识产权，是国内真正从事FPGA设计的标杆。销售及市场人才，对项目开发管理、基本流程管控、质量控制等都有很深的积累。这都有利于国产FPGA的前进与发展。

　　发展自主IP

　　在中国做FPGA，IP是一个绕不开的问题，授权是一种常用的IP使用方式。在这方面，高云走出了自己的道路。高云与新思科技公司就综合工具IP使用签署了多年OEM协议。与其他初创公司不同的是，高云有着自己的策略。使用授权IP，高云做出和领先公司一样得到客户的认可、接受的产品，同时，把领先的IP消化吸收成为自己的东西，在此基础上进行创新，做出具有自主知识产权的FPGA。

　　高云的布局

　　2016年，高云完成全面布局中低密度产品，其中包括1万～100万门非易失产品系列，采用台积电55nm嵌入式Flash工艺，产品直接竞争Altera MAXV/10和Lattice XO2/3；100万门～500万门易失性FPGA产品，采用台积电55nm基于SRAM工艺，与Xilinx Spartan及Altera Cyclone系列同台竞技。这些产品应用全面覆盖视频、工业控制、消费和安全领域。高云希望做实做强中国的FPGA，从根本上提升国产FPGA软硬件在客户中的影响力。

　　2017年第一季度，高云基本实现了中低端应用领域全覆盖，并逐步渗透到机器学习、物联网等领域。

　　朱璟辉透露，未来高云将把研发逐步从中低密度向中高密度迈进。28nm是一个非常好的切入点，高云计划推出500万～2000万逻辑门、带高速接口的产品，进入通信、大数据高速运算等涉及国家安全急需的关键应用领域。至2017年第一季度末，将实现3年3个系列8颗芯片小批量量产；同时，完成28nm中高密度全系列构架和模块初步设计，进入模块优化和产品集成阶段，继续进行自主知识产权的全流程开发、软件工具研发，以及综合工具逐步自主开发。2020年通过产业化的系列产品的技术及工艺突破，以达成产品系列全面产业化的实现，赶上世界技术发展的步伐，成为中国FPGA的领跑者。

　　专利与知识产权方面，高云自主研发的软硬件目前已申请国内专利22项，其中发明专利12项，3项已进入实质审查阶段，授权使用新型专利2项，已申请国外发明专利2项，登记软件著作权8项。

　　为打造国产FPGA生态系统，提升中国集成电路IC设计的整体水平，高云还于2014年发起成立IP软核平台——星核计划，该计划旨在打造具有中国自主知识产权的可重复使用的集成电路设计平台。星核计划以FPGA为设计及验证平台，积累IP核的资源库，形成联合研发群体，打造国内首创的国产集成电路设计软核研发平台，降低集成电路设计及FPGA应用的成本。目前高云已经与山东大学、天津大学、山东科技大学，以及其他科技公司、科研单位等签订了合作协议。

　　人才策略

　　朱璟辉表示，人才是公司创新生命力的保证，一个有竞争力的高科技公司要有一支优秀的国际队伍。高云聚集了一批优秀的国际人才。为了吸引到人才，高云建立了持续的国内外人才引进制度和持续创新机制，为人才的才能发挥建立良好的环境，并通过股权等方式推动高云的持续创新，提升产品竞争力。

　　为培养更多FPGA专业人才，高云积极参与FPGA芯片产业联盟，组织产学研协同开发，实现一揽子突破，带动国内学术深入及人才培养；组织产业链上下游从FPGA芯片设计、制造、封装、测试到系统应用协同开发，实现一条龙计划。大力支持企业中低密度FPGA产品做实打好软硬件基础，推动全面产业化。

　　朱璟辉总结道，在高科技领域，国际合作是趋势，我们一定要把眼光放开，不要只看自己。中国的工业强基，也是因为受到很多客观条件方面的限制。但是在没有受到限制的时候，要尽量做好国际交流合作，这样我们会对自己的知识面和前进的方向看得很清楚。真正好的企业，一定要有人才的积累，因此国际化的人才和眼光非常重要。

　　一个情怀决定的投资

　　FPGA可根据用户的不同功能应用需求，采用通用语言任意编程逻辑、重复使用修改，也被称为“万能芯片”。在过去的几十年里，有不下70家企业尝试进入到这个领域，其中不乏半导体巨头企业，但是它们最终退出了。这充分说明，FPGA的技术门槛非常高。对中国企业来说，只有勇敢的企业才会有搅局的机会。然而，是什么让高云进入了这个领域，并成功走到今天？

　　朱璟辉向记者透露了一个有关情怀的故事。最初朱璟辉和高云董事长陈天成谈投资合作的时候，主要是想让他看到高云的核心团队是过硬的。在FPGA领域，这是说服投资人非常关键的一点。

　　但是，在第一个FPGA器件进行MPW（Multi Projec tWafer，简称MPW，多项目晶圆）流片的时候，朱璟辉还是非常紧张。如果流片失败，不仅损失重大，更会导致投资人撤资。这个时候陈天成问MPW的情况怎样？朱璟辉一边解释可能发生的好的和坏的情况，同时担心陈天成可能会因为流片失败而停止支持。但是陈天成的回答让他意外。陈天成问他，你是否听说过“人生能有几回搏”这句话？既然我们国家现在很需要发展这个技术，既然你有百分之七八十的把握能够成功，那我们就投量产好了。

　　结果，高云一次投片成功。陈天成的决定让朱璟辉刻骨难忘，也让整个团队更加信任和团结。

　　陈天成对自己的科技情节也毫不隐瞒。他说，之所以进入FPGA市场，最初是因为朋友介绍，国家的转型升级需要半导体科技的发展和创新，自己也想在国家需要的时候做创新尝试。虽然自己对FPGA其实并不了解，但是通过网上学习，发现在中国FPGA是非常重要的技术和产品，但有市场空白，因此下决心做FPGA，希望为国家做点事。另外，对团队的信任是另一个重要的方面。核心团队在FPGA行业有20多年的经验，有的人甚至有30多年的经验，这样优秀的团队可遇不可求。“虽然FPGA器件前期研发风险很大，但我们认准了就不会瞻前顾后，只会想怎么把这个项目做成做好。”

　　到目前为止，高云已经投片五次，全部一次成功。朱璟辉说：“总算没有辜负我们的投资人。”

　　文／孙俊杰