$紫光国微(SZ002049)$  

浙商证券的相关研报指出,ChatGPT的“背后英雄”系GPU或CPU+FPGA等算力支撑。

所以,可以这么理解,FPGA成为了英特尔的背水一战,成则在人工智能中有一席之地,败了就准备去做历史的尘埃吧!

对于,这个事情,我反手就问了下ChatGPT,这货告诉我:目前,FPGA领域的本土化程度较低,中国市场主要由赛灵思Xilinx(现已被AMD收购)和英特尔主导,两家占据了超过70%的市场份额,安路科技、紫光国微复旦微电等国内厂商的总份额约为15%。

英特尔透露,计划在今年推出15款新FPGA以应对日益升级的AI芯片军备竞赛,FPGA+CPU的解决方案得到背书。当前阶段,CPU + GPU是 AI 芯片的主流认知方向,寒武纪底部被挖掘后涨幅已超200%,但GPU+FPGA方向并未被市场充分认知,据了解过去十年微软、Amazon等在算力SS投入方面倾向CPU+FPGA技术路径并投入巨额资金。

微软押注FPGA,在OPENAI研究中使用FPGA加速OpenAI,在其研究中使用FPGA技术主要是为了提高计算效率和性能,从而实现更智能、更高效的人工智能计算。随着FPGA技术的不断进步和OpenAI研究的不断发展,这种结合将会有更广泛的应用和更深入的发展。

FPGA市场空间广阔,FPGA软硬件生态系统建立极高的行业壁垒。根据Frost&Sullivan 的数据,预计全球 FPGA 市场规模将从 2021 年的 68.6 亿美元增长至 2025 年的 125.8 亿美元,年均复合增长率 约为 16.4%;中国 FPGA 市场 2020 年的市场规模约 150.3 亿元,预计 2025 年中国 FPGA 市场规模将达到 332.2 亿元,复合增速为 17.2%。FPGA 需要由 FPGA 芯片、EDA 软件及 IP 方案组成的软 硬件生态系统共同支撑实现功能,逻辑容量、制程、SerDes 速率 等关键指标体现 FPGA 硬件技术水平,FPGA EDA 软件工具非常 复杂,FPGA 软硬件生态系统建立了极高的行业壁垒,国产替代的需求极为强烈。

FPGA与CPU/GPU/ASIC的比较

FPGA中文全称为现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)。

集成电路芯片包括数字芯片和模拟芯片两大类,数字芯片可以分为存储器芯片和逻辑芯片。

FPGA 是逻辑芯片的一种,逻辑芯片还包括 CPU、GPU、DSP等通用处理器芯片,以及专用集成电路芯片ASIC。

我们熟悉的芯片,像CPU,这是一种通用芯片,而GPU、FPGA、ASIC等几类芯片,本质上都是专用芯片。

单纯的CPU,因为其承载的社会责任太多,往往控制、存储就能占用很多精力了,真正负责运算的单元其实特别小,如果遇到了计算量特别大的任务,就会卡。

为了应付这种计算量特别大的任务,就出现了专用芯片。但我们又熟知的GPU,更适合搞图像、视频处理,一门心思的完成被预设好的任务,如果还有新的需求,就得不到他们的满足了。

所以就出现了FPGA。

FPGA最大的特点在于它的灵活性,FPGA出时没有特定的功能,通过EDA软件现场对硬件编程,以实现用户的特定需要。简单来说就是你想让他干啥他干啥,香不香?

从下游应用市场来看,由于灵活性高,包括工控、通信、消费电子、数据中心、汽车电子、人工智能等多个领域都可以,而随着汽车四化趋势和人工智能的长期趋势,后三者将是其增长的核心动力。

据Market Research Future数据,2018年全球FPGA市场规模为63.35亿美金,预计2025年将增长至125.21亿美金。7年年均复合增长率10.22%。

而至于这种半定制化的产品为何过去市场不大,未来趋势向好,核心是大规模应用成本高。随着5G、AI等新领域出来后,技术更新迭代需求会加速,但通用芯片或是全定制化的ASIC都有着开发周期长、研发成本高的劣势,FPGA的优势就凸显出来了。

更好的是,我们在5G部署中处全球领先地位,使得我们在这个领域还是占了点储备优势的。

FPGA无指令特征,使其具有时延低、单位能耗比低、并行运算更高效三大特征,能够同时提供强大的计算能力和足够的灵活性。如今通用处理器(CPU)的摩尔定律已入暮年,而机器学习和Web服务的规模却在指数级增长。FPGA的无指令特征,使其具有时延低、单位能耗比低、并行运算更高效三大特征。

与 CPU、GPU 相比,FPGA具有更高的速度和极低的计算能耗,使深度学习实时计算更容易在端侧执行。FPGA常年来被用作专用芯片(ASIC)的小批量替代品。在近年,微软(MSFT.US)、百度(BIDU.US)等公司的数据中心大规模部署,以同时提供强大的计算能力和足够的灵活性。

AI拉动GPU/FPGA/ASIC量价齐升。人工智能芯片多用传统型芯片,或用昂贵的图形处理器 (GPU),或用现场可编程门阵列芯片配合中央处理器(FPGA+CPU)为主, 用以在云端数据中心的深度学习训练和推理,通用/专用型AI芯片(ASIC),也就是张量处理器或特定用途集成电路(ASIC),主要是针对具体应用场景,三类芯片短期内将共存并在不同应用场景形成互补。以多模态模型为代表的前沿AI技术所需的数据量、计算量庞大,有望拉动GPU/FPGA/ASIC量价齐升。

      

FPGA竞争格局

毫无疑问,提到芯片一定是外资的天下,全球FPGA市场高度集中,主要呈现出“两大两小”的局面。

两大指赛灵思和已被英特尔收购的Altera,占据了90%的市场,主要聚焦5G和AI领域。

两小指Lattice和Microsemi,其中前者主要面向IT市场,后者主要做航空航天和军工。

中国则简单很多,因为军工领域国外进不来,所以中国通过军工市场积累了一些竞争优势,这里面包括紫光国微复旦微电、安路科技、高云等企业。

相比国内近2000家IC设计企业,国内FPGA领域玩家却很少,好事,因为行业壁垒高。这种芯片的要求厂商要具备很强的软件及硬件结合的开发能力,一般企业还真玩不了。

在前文提到的几大市场上,国内都是产业趋势加速状态,我们有理由相信,在国产替代的大背景下,虽然目前国内几大外资巨头占据了90%多的市场,但我们的技术追赶可期。

目前16纳米以上的制程占据了整个市场的80%,都是在通信和工控领域,而数据中心和AI用的先进制程我们确实做不了,但光前者的国替,对投资上带来的机会已经很大了。(来自)

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