对标Lattice，高云FPGA在自主创新的GoWin路上越走越顺畅_【芯师爷】

一年前，广东高云（GOWIN）半导体CEO 朱璟辉先生与一位投资人有一次对话：“你要投资高云半导体，到底是...

一年前，广东高云（GOWIN）半导体CEO 朱璟辉先生与一位投资人有一次对话：“你要投资高云半导体，到底是看上了我们哪一点？”投资人表示：“现在的整个产业，唯一不变的就是变化本身。电子技术快速发展，万物互联，不断有新的技术和应用出现，一切都在变化之中。而FPGA这项技术和产品，非常适合这样的发展潮流，因为它是可编程的，可以根据实际应用的需求进行变化，非常灵活。”

就在上个月，朱璟辉受邀去苹果公司总部，向工程师介绍高云的产品。苹果的工程师对FPGA有着普遍的共识，那就是FPGA并不是传统上手机所采用的芯片，但今天的情况却大不相同，手机研发工程师越来越看重其在手机中的应用前景。这使朱璟辉感到非常的兴奋和开心。

由于FPGA是可编程的解决方案，其特殊的灵活性就决定了其在新兴应用当中具有广阔的发展空间，特别是当下最为火爆的人工智能（AI）。

对于新兴的应用方案来说，没有现成的芯片（ASIC）可用，只能通过FPGA，利用其可编程的特点，来实现并验证工程师所需要的初步解决方案。因此，在任何热门应用领域，都离不开FPGA，总能看到它的身影存在。

FPGA市场广阔自主研发刻不容缓

FPGA应用越发炙手可热，市场规模呈现阶梯状快速增长趋势，预计到2022年，亚太区FPGA市场将突破40亿美元；而当前全球FPGA市场的99%仍被美国的4家公司垄断（Xilinx，被英特尔收购的Altera，Lattice，以及被 Microsemi收购的Actel）。

而中国FPGA的消耗量巨大，大概占全球的30%，是世界上用量最大的国家。近期，莱迪思收购案再次被美国政府叫停，业界越发深刻认识到FPGA是有钱也买不到的高端先进技术，发展国产FPGA唯有走正向设计自主研发之路。

但是，自主设计FPGA谈何容易，要面临工艺制程新、设计门槛高、资金投入大、技术人才缺这4大难点，目前，核心技术和架构多数都掌握在美国那4家厂商手中，我们要想自主设计，需要不断地学习和积累，还要有带头人去引领。

传统上，比较简单和省事的FPGA设计方法是做反向工程研究，这样虽然难度低，但无法掌握核心技术，也就不可能进行市场化推广，只能在小范围内应用。

要想实现真正的自主研发，就必须走正向设计之路，但这条路不好走，要去面对各种难题，包括巨大且持续的资金投入、难以想象的设计难度，以及残酷的市场竞争。

在这样的背景下，高云半导体从一开始就坚定地选择走正向设计之路，难度虽大，但前途光明。走这条路是需要强大底气的，该公司拥有一支强悍的FPGA技术开发团队，其核心骨干，每个人在美国那4大FPGA厂商工作至少10年。另外，该公司的专利库也在不断积累和丰富当中。

到目前为止，高云半导体的FPGA流片成功率为100%。正因为如此，该公司自2014年1月成立以来，得以在3年内，推出了晨熙、小蜜蜂两个家族、4个系列、涵盖了11个型号、50多种封装的FPGA芯片。

要做FPGA开发，软件是重中之重，高云具有自主知识产权EDA开发软件——云源软件已更新至1.7.9版本，内嵌经Synopsys正规授权的Synplify Pro，支持Verilog、VHDL等语言的混合编程，内嵌丰富的设计辅助工具与硬件调试工具，可以完成FPGA开发过程中综合、布局、布线及产生比特流等一站式工作，帮助用户生成高质量的编译结果，满足高、中、低密度FPGA的开发需要。

为加速用户产品研发，方便用户创新设计，高云半导体还推出了自主产权软核集，囊括了多种总线接口IP、高速DDR接口IP、MIPI接口IP、LVDS LCD控制器、嵌入式内存控制器等IP软核。

近期，高云又发布了3款新产品，分别是小而专的小蜜蜂GW1NS-2 SoC、高性能的晨熙GW3AT和RISC-V平台化产品。

FPGA商家的SoC情结

小蜜蜂系列最大的特点就是非易失性。目前，在低密度非易失性FPGA市场，高云的主要竞争对手就是Lattice，Xilinx不涉及该应用领域。目前，该类型产品可以完全取代传统的CPLD，每年约有5亿美元的市场总量。

相比于Lattice的OTP（只能编程一次）对标产品，小蜜蜂系列采用闪存工艺技术，可以多次编程，具有更强的灵活性和可重用性。

另一方面，非易失性可以有效的保护用户的私密信息和数据，再结合创新的硬件加密技术，可对设计进行良好的保护，避免令客户头疼的抄袭克隆设计问题，有利于创新。

在FPGA内部集成MCU、DSP、SERDES等模块，提高了集成度，为客户节省了板上空间。该种方案已经抢占了不少传统DSP/SERDES的市场。

新推出的GW1NS是高云首款SoC系列产品，内嵌了ARM Cortex- M3、分布式RAM、块状RAM、用户Flash、USB 2.0 PHY、MIPI D -PHY、12bits/16MHz ADC等模块。

值得注意的是，市面上的FPGA产品当中，很少有集成USB 2.0功能块的，而GW1NS做到了这一点，因为，在传统概念上，FPGA都是应用在通信系统和设备上的，很少与消费类产品搭上关系，而随着市场需求的发展，以及FPGA集成度不断提升、功耗降低，其在消费类产品中的应用越来越多，就如前文所说的，苹果工程师对FPGA表现出的兴趣一样，而且，在iPhone7中，已经用到了FPGA。

在这样的背景下，在消费类电子产品当中应用广泛的USB 2.0/3.0等功能模块，会在将来的FPGA产品当中不断涌现。

传统上，有厂商曾经将CPU与FPGA集成，二者各有优势，后者善于并行计算，处理能力强，前者则强在“管理”，这正是FPGA所缺乏的，两者结合，可有效的提升整体性能。

而高云为什么要集成MCU呢？一方面，我们看到，FPGA 的主要竞争对手是ASSP和ASIC，而后两者加起来市场销量是FPGA的20多倍以上，在MCU市场，ARM架构已经占据了绝对统治地位，因此，FPGA + ARM内核的架构，将有助于提高FPGA的竞争力，进一步扩展应用范围。

另一方面，嵌入式市场非常宽广，MCU无处不在，高中低端无孔不入，因此，高云选择采用FPGA+MCU（ARM）的方式进入这个广阔的嵌入式市场，主要针对的还是中高端的差异化应用，力求开拓出一片新天地。当然，这样做也是有风险的，因此，该公司没有大面积铺开，先用一两款产品去探路。这样的探索也必须有缜密的前期市场调研作为依据，在商业模式、成本、易用性等方面，经过多番论证和研究，才能实施。

GW1NS系列的典型应用包括：伺服电机控制器，Type C CD/PD解决方案，各种显示控制器/人机界面等。

首款28nm中高密度FPGA 对标Xilinx的K7

GW3AT-100是高云首款，也是国产首款采用28nm（台积电）制程工艺的中高密度FPGA，其内嵌功能模块如下图所示：

通过采用28nm工艺，GW3AT-100优化了FPGA Fabric速度和功耗，还支持多协议，包括：PCIe 2.0/5Gbps；XAUI/3.125Gbps；RXAUI/6.25Gbps；CEI-6G/6.25Gbps；自定协议/250M -6.8Gbps。

GW3AT-100的PCIe2.0硬核，支持 x1,x2,x4,x8，还支持Root Poot / Endpoint多种协议。

GW3AT的典型应用包括：无线微小基站Microcell，机器视觉，智能工业，并行运算＆深度学习等。

朱璟辉表示，GW3AT的推出，就是要抢夺Xilinx公司Kintex-7产品的应用市场。

RISC -V计划

目前的嵌入式及MCU市场和生态已经被ARM统治，而长时间的一家独大总不利于产业进步，因此，近几年，一股新生力量的影响力正在不断提升，它就是RISC-V。

RISC -V是由加州大学伯克利分校研究院在2010 年打造的一个CPU芯片架构，它免费向所有人开放。开发者可以基于这个架构开发应用于PC、服务器、智能手机、可穿戴和其它设备的芯片。

因此，使用RISC-V，用极小的代价就可以定制出低成本、高性能的SoC，而这正是高云半导体所需要的，可是说，对于FPGA，这是一个难得的机遇。

据悉，高云已经是RISC -V基金会的成员之一，该公司计划在2018年第二季度推出集成有RISC-V软核的FPGA参考设计、开发平台和相应的开发套件。根据实际市场接受和应用情况，今后还会推出内嵌RISC-V硬核的FPGA。

高云的愿景

从下图的产品研发路线图，我们可以看出高云半导体在高中低密度FPGA产品研发方面的规划和时间表。