目前FPGA的主要应用领域是通讯、工控、国防、消费,近年来FPGA最引人关注的变化趋势之一就是应用领域不断拓展。
在FPGA传统应用市场方面,通信逐步实现高速、复杂协议,消费电子应用则注重低功耗、低成本。此外,FPGA还广泛应用于医疗电子、安防、视频、工业自动化、语音网络、半导体制造设备以及家电等领域。
FPGA在工业中的应用主要涉及四大领域,分别是马达控制、工业网络、机器视觉和机器人控制。以马达控制为例,重点是需要降低噪音、减少震动 、降低 EMI,同时获得更高的控制精度和减少能源消耗等。
Xilinx公司最新的Virtex-6和Spartan-6 针对便携医疗设备要求高性能、连接性、低功耗和低成本方面的需求进行了优化。下图是基于Xilinx的FPGA的CT扫描仪、超声诊断设备解决方案。
Xilinx 的CT扫描仪解决方案
Altera 公司推出的汽车安全驾驶前置摄像方案
Microsemi公司推出的工业马达控制方案
FPGA市场竞争
目前在全球市场中,Xilinx、Altera两大公司对FPGA的技术与市场仍然占据绝对垄断地位。两家公司占有将近90%市场份额,专利达6000余项之多;剩余市场份额主要被Lattice和Microsemi所占有,这两家的专利也达3000多项。
2014年Xilinx、Altera两大公司营收分别为23.8亿美元和19.3亿美元;而2014年Lattice和Microsemi(仅FPGA部分)两公司营收为3.66亿美元和2.75亿美元。这前四大FPGA市场领先者几乎垄断了FPGA的市场份额。
FPGA市场前景诱人,但是门槛之高在芯片行业里无出其右。全球有60多家公司先后斥资数十亿美元,前赴后继地尝试登顶FPGA高地,其中不乏英特尔、IBM、德州仪器、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星这样的行业巨鳄,但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司——Xilinx、 Altera、Lattice、Microsemi。上述4家公司手握9000余项专利,如此之多的技术专利构成的技术壁垒当然高不可攀。
FPGA技术上主要有四个难点:架构设计、硬件实现、软件开发以及应用IP开发。如何突破FPGA四家巨头在架构上的专利限制是后进入者首先得面对的问题,要想在FPGA市场上分一口肉,首先要做的就是技术专利的攻关。有了技术专利才有立足的根本。
在FPGA四大巨头以绝对优势兵分天下之时,作为FPGA市场的后来者,本土FPGA厂商一面要攻克技术难点,一面又要研究专利文献,规避人家已布局的专利,再把自己的技术通过申请专利明确所有权。
尽管本土FPGA产业已看到些亮点,但我们不得不承认国产FPGA产业才刚起步,与国际巨头还存在较大的差距,不论从产品性能、功能、功耗、软件、应用支撑上都有差距。甚至成本上,我们的优势也不大。
FPGA是一个技术密集型的行业,没有坚实的技术功底,很难形成有竞争力的产品,本土FPGA厂商任重而道远。