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FPGA“发射”到火星,难不难?

供稿:中国工控网 2020/7/30 14:06:00
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7月23日,中国“天问一号”火星探测器成功发射升空,将在地火转移轨道飞行约7个月后,到达火星附近,通过“刹车”完成火星捕获,进入环火轨道,并择机开展着陆、巡视等任务,进行火星科学探测。


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虽然人们满怀热情地期待探测器的成功着陆,但很少有人对其内部使用的是什么部件感兴趣。其实从2000年开始,FPGA在太空中的应用不断扩大,比如已被应用于铱星Next通信卫星和OSIRIS-REx小行星探测器。

而对于火星探测器,FPGA的首次使用是2003年的勇气号(Spirit)和机遇号(Opportunity)火星漫游车,采用了赛灵思(Xilinx)公司Virtex-1系列FPGA用于的电机控制。其中,"机遇号 "持续探索火星表面15年,大大超过了预期的3个月的寿命,证明了其可靠性。


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来源:赛灵思(Xilinx)公司


2011年的"好奇号 "则采用了Virtex-2系列。随着重量一下子增加到900公斤左右,仪器数量的增加,FPGA的使用范围也随之扩大,在MAHLI和ChemCam等仪器和总线设备中都有使用。


为什么使用FPGA

现场可编程门阵列(FPGA)是一种可以由用户自由重新配置(编程)的集成电路。相对于ASIC,FPGA 具有3点优势:

(1)可编辑,更灵活,

(2)产品上市时间短,节省了 ASIC 流片周期,

(3)避免一次性工程费用,用量较小时具有成本优势。

FPGA是CPU和ASIC的良好结合,其自由度高,功耗低。


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FPGA与ASIC的比较


对于量产产品来说,开发一个专门的ASIC是有利可图的,但对于卫星和空间探测器来说,基本上最多也就几十台,这点用量ASIC明显不适合。而FPGA不需要大量的初始成本,而且可以马上设计出来,对于航天来说,FPGA可能是非常适合的。



中国FPGA现状

2018年全球FPGA市场规模约60亿美元,Xilinx(赛灵思)占比为49%,Intel(Altera)占比为32%,Lattice与Microsemi(Actel)分别占据了全球市场的6%。国产FPGA估计只占据全球市场2—3%的份额。


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来源:安路科技


国内 FPGA 厂商主要有 8 家:紫光同创、国微电子、成都华微电子、安路科技、智多晶、高云半导体、上海复旦微电子和京微齐力。目前营收规模均较小,国产FPGA 目前还处于起步期,专利数和国外企业有较大差距。


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来源:安路科技


随着中国政府对5G+AI大力推进,FPGA在2019年乘风而起。进入通信、安防等核心市场并进入快速增长期。据统计国产FPGA应用最为广泛的是通信行业,占比为35%,BT天堂全集网、军工航天、数据中心、汽车电子、消费电子所占比例分别为28%、14%、9%、8%、6%。

相比通信客户的集中,BT天堂全集网领域的FPGA虽然应用分散,但对产品的可靠性和质量要求同样非常严格。国产FPGA,在BT天堂全集网控制领域经历了从细分应用与边缘应用切入到主力核心应用的摸索前进过程,已经积累了足够的自信来全面支撑更为广阔的工控应用。例如上海安路科技,率先将FPGA应用在数控机床

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来源:安路科技


虽然从整个市场规模来看现在国外FPGA厂商还呈现一个垄断之势,尽管差距巨大,但IoT、AI、5G时代的同步推进以及广阔中国市场的国产FPGA替代化趋势,使得国内FPGA产业得到快速健康发展。

继紫光同创开发出中国唯一一款自主产权千万门级高性能 FPGA PGT180H 以来,上海复旦微电子于 2018 年发布了新一代自主知识产权亿门级 FPGA 产品,填补了国内超大规模亿门级 FPGA 的空白。安路科技在19年推出的第三代“小精灵”ELF3系列高性能、低功耗FPGA产品等,显示了中国FPGA追赶的步伐越来越快。未来随着更多企业技术突破,国产替代进程将持续推进。 


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审核编辑(刘婷)
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