自研国产MCU、FPGA的背后：这家公司的故事你绝对想不到！
时间：2021-10-12 14:52:07
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[导读]“是说芯语”已陪伴您1001天从自掏腰包拼凑六百余万元，再到实现行业多个第一。从50平的小房间，到别人的水房，再到海内外多家分公司或办事处。在这样的环境下，这些人不仅不觉得艰苦，反而觉得很得意和与众不同……那段时期或许你没经历过，但你现在仍要感谢国产化的先驱们为现代的电子行业的耕...
“是说芯语”已陪伴您1001天
从自掏腰包拼凑六百余万元，再到实现行业多个第一。从50平的小房间，到别人的水房，再到海内外多家分公司或办事处。在这样的环境下，这些人不仅不觉得艰苦，反而觉得很得意和与众不同……那段时期或许你没经历过，但你现在仍要感谢国产化的先驱们为现代的电子行业的耕耘。
或许你听说过复旦大学，但没听说过上海复旦微电子集团股份有限公司（下文简称“复旦微电子”）的故事。这是一家从事超大规模集成电路的设计、开发、测试，并为客户提供系统解决方案的专业公司，其自主研发的MCU和FPGA产品是广被电子行业传颂的精良之作。
经过前两年的国际形势影响，电子行业在国产化话题上讨论度越来越高。产业国产化进程愈发向上，自主产品越做越好，复旦微电子就是这样一家企业。21ic记者对话了复旦微电子集团副总经理曾昭斌为读者揭秘背后的艰辛。
创业坎坷，有志之士却乐在其中
曾昭斌为记者介绍：“我们的集成电路设计工作能够达到现在这样一种水平，可以说是凝聚着几代人的智慧，几代人的心血。享有世界盛誉的我国著名物理学家谢希德教授，50年代从美国回来，就很有战略眼光地在复旦大学开创了半导体物理的基础研究；复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室创建人之一叶仰林教授，不仅学术造诣深厚，而且非常富有开拓创新精神，当时的实验室是叶仰林教授向复旦大学贷款100万元建起的，他认为芯片设计外国人能做,为何中国人就不能做呢? ”
1994年,始终牵挂实验室的创始人施雷正式与叶仰林教授谈了自己的思路,可惜第二年叶先生就去世了,这件事也就暂时搁浅了。此后的几年,施雷还是念叨着实验室的事。直到1998年,施雷与当时的实验室副主任俞军谈了5分钟,就达成了组建复旦微电子的意向，在公司内部被戏称“五分钟决议”。可以说，是三代人的努力造就了今天的复旦微电子。
图1：经过三代人的努力，复旦微电子正式成立
1998年7月，一群受过高等教育、有实际工作经验且在国内半导体行业中知名度较高的优秀青年，放弃出国机会，激扬着报效国家的崇高理想，满怀着追赶世界微电子行业制高点的雄心壮志，汇聚在黄浦江畔的一个院落，在国家没有投资一分钱的情况下，他们自掏腰包，拿出各自积蓄，拼凑了六百余万元，成立了中国集成电路设计业第一家发起式股份公司。
公司刚成立时条件比较艰苦，最早的办公地点是在复旦大学一个50平的小房间里，人员扩充后，又陆续租了两个“办公房”，一个在教学楼里，另一个则在别人的水房里。但是这群满怀理想的年轻人们不认为在水房办公艰苦，反而很得意，觉得很与众不同。
图2：50平米的水房，成了创造国产自主品牌的坚实阵地
经历过艰苦，也乐在其中，但复旦微电子的志向远不于此。曾昭斌告诉记者，集团致力于创立一家受人尊重，让员工可以过上体面人的生活的企业。体面人的生活包括有一套舒适的房子、一辆漂亮的车子、一个不说违心话的地方。这是复旦微电子创立的初心，也是企业一直坚持的文化。
公司发展至今，复旦微电子集团已形成安全与识别、智能电表、非挥发存储器、智能电器、可编程器件FPGA、互联网创新六大成熟的产品线和系统解决方案，产品行销30多个国家和地区。在海内外设立多家分公司或者办事处，包括香港公司、北京办事处、深圳办事处、台湾办事处、新加坡办事处、美国公司等，扩大市场触角，加强与海内外各地的联系，推动企业的不断发展壮大。
除了各个细分领域、专业条线的奖项、荣誉外，复旦微电子集团还是上海市高新技术标杆企业和知识产权示范企业，也是国家认定的博士后工作站企业和国家规划布局的集成电路企业，曾多年担任国际特殊奥林匹克运动会指定技术赞助商。
图3：复旦微电子现上海办事处一角
险境环生，再难也要做出中国自己的芯片
道路不会一马平川，国产化自主研发面临的困境远超我们的想象。曾昭斌说：“我们坚持走正向设计自主研发的道路，但自主研发会面临诸多的挑战，尤其是对于高端复杂的芯片。”
一方面是研发投入高，国外企业占据大部分市场份额之后，可以通过规模效应有效的分摊研发成本，而国内企业在这方面风险承担能力就比较薄弱。
另一方面是除了芯片本身，还需要进行生态建设。比如我司的FPGA芯片、MCU芯片和人工智能芯片，都存在一个生态的问题。赛灵思、TI公司、英伟达公司的GPU，CUDA生态是一道很深的护城河，而新兴国产芯片企业想要有所突破，不但需要在芯片技术上进行创新，也必须建设相应的应用生态。
更加让市场复杂化的是，地缘政治摩擦下，加速了中国半导体产业的自主化发展，国产化替代成为了不可不聊的话题。对此曾昭斌坦言，近年来受外部环境的不稳定因素影响，国内芯片行业遭受了国外专利壁垒、标准壁垒、贸易壁垒等“卡脖子”制约。
这对行业来说是挑战，也是机遇。近期国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》，提出中国芯片自给率要在2025年达到70%，为国产芯片公司的自主发展带来了巨大的发展空间。
一系列政策让“国产替代”成为了近年来的热点话题，但对复旦微电子来说，早在上个世纪成立初期，“做中国人自己的芯片”的理念就已深入每个复微人的心中。公司“以发展中国微电子事业为‘己任’”，致力于研发让市场认可的国产芯片，时至今日获得了广大客户和市场的认可。
以智能电表为例，过去国内市场基本由欧美日系进口芯片绝对垄断。而经过20多年的深耕，复旦微电子的单相表市场占有率现已超60%，自主研发的高可靠工业级主控MCU实现了核心元器件国产化。通用型低功耗MCU也得到市场的肯定，目前已在智能水气热表、安防消防、智能家居、健康医疗、可穿戴设备、工业控制等多个领域实现量产。截至2020年底累计销售4.5亿颗。
图4：复旦微电子推出的FM33G0XX系列通用MCU
除了MCU，最让曾昭斌自豪的颠覆性产品就是自研FPGA。根据他的介绍，公司致力于为人工智能产业提供底层算力平台支持和通用计算加速架构。在可重构器件（FPGA）方面，公司经过长期积累，具备了国内领先、国际先进的技术水平，先后完成了国内首款千万门级FPGA、国内首款亿门级FPGA、国内首款亿门级PSOC芯片的突破。
图5：FMQL45AIT（简称青龙筋斗云），国际首款自定义全新架构的可重构AI芯片
公司在2019年，推出了首款面向人工智能的可重构芯片——FPAI（FPGA AI）芯片。该芯片创新性的集成了大容量可编程逻辑、高性能AI加速核心和多核处理器系统，在保证强大AI算力的同时，还为用户提供了灵活可配置的算力资源。高效灵活的FPAI芯片方案、快速部署的平台方案和软硬一体的完整方案，公司将为客户提供了多方位的AI解决方案，帮助用户在人工智能时代成就未来。
虽然芯片真的那么“难”，但复旦微自成立以来始终坚持自主创新的道路，通过技术和产品的革新来推动企业的发展。复旦微成立专门的研究院，该部门员工近200人，独立于各大产品线，主要研究世界各项前沿技术，通过最新的技术研究来推动项目的进程和落地：
1、复旦微电子联合申通地铁集团及高晶检测科技股份有限公司推出的智能识别X光机系统，能够直击目前人工安检的痛点，通过神经网络识别技术，每一台X光机都可以变身为一个经验丰富的安检人员，以硬件形式呈现的智能X光机安检系统，能够24小时不间断地、稳定地工作。
2、复微神经网络智能检测系统由复微神经网络技术和智算平台组成。我们模拟安检人员的工作方式，利用“图像识别技术”来对经过安检机的X光图片进行识别，检测其中的违禁品。采用“卷积神经网络技术”（ConvolutionalNeuralNetwork）相关技术，可以检测到图片中的物品类别及其位置，并在图片中画出对应的提示框。通过十万量级数据的训练，对网络结构进行不断地调整，能达到对六大类违禁品超肉眼的识别精度。
3、智算平台是复旦微电子磨砺3年研发出来的一款针对CNN卷积神经网络的基于FPGA的深度卷积神经网络加速平台，具有高算力、低功耗的加速效果，提供高达1TGOPS的算力，灵活的支持VGG、YOLO、FaceNet等主流深度神经网络等优势。智算平台配合智能识别X光机，以150ms处理每张图片的速度，帮助安检人员在复杂场景下识别各类物品，从而保证鉴别结果，极大提高安检效率。
政策利好，跟着国家一步一个脚印
当然，除了困境和坏消息，好消息也不断激励着电子行业蓬勃发展。经历种种打压，国家政策逐渐电子产业倾斜，这也为行业带了新生机。曾昭斌告诉记者，随着国家的重视和资本的涌入，行业的整体发展进程将显著加快，市场需求会呈现出多样化和高端化的趋势，对应产品和技术的迭代也需要跟上市场步伐。举例来说，信息安全领域一直以来广受关注，通信技术的发展和云时代的到来更是对其提出了极高的需求。
应此市场需求，复旦微电子开发了包括基于国际加密算法标准SM9等在内的多种密码算法安全实现方案，这些方案可用于网络摄像头的增强身份认证、数据传输加密等。其中，SM9是中国首个列入国际标准的加密算法，是一款适于IoT需求的轻量级算法防护方案。而复旦微电子研发的PUF（物理不可克隆防伪）技术实现了国内首个量产PUF芯片，结合区块链实现了可溯源的唯一性认证平台（UIVS）。
PUF技术现已广泛应用于国台酒防伪、油罐防伪、京东商城正品追溯、进口高端葡萄酒、艺术品防伪等高端市场，获得了客户的一致认可。而在复旦微电子的安全实验室内，不仅会对基础算法进行开发，还会对算法在系统的应用和效能作为基础技术研究。此外，复旦微电子还会研究芯片安全攻击方法，以“矛”试“盾”，从而验证与确保产品可靠性。
另一方面，国家提出了新基建的长期发展战略，并不限于某类具体产品的实现，其目的更多是预先研究布局，做好产业必须的基础准备工作。而这与复旦微电子长期以来的发展策略不谋而合。在23年的发展历程中，集团始终坚持对前瞻领域的基础技术进行布局。同新基建一样，针对集团整体发展产品定位、自身技术积累、人员结构以及后期发展方向，修炼“内功”，并依托此进行产品和技术创新。
以存储领域为例——复旦微电子具有长期存储的技术积累，从机理、产品、设计方面对技术都拥有深刻的理解，无论在嵌入式还是通用存储市场都具有了很好的口碑。而作为集团的核心基础技术之一，存储技术广泛应用在电力电子、FPGA、安全识别事业部、存储等产品线及领域。而得益于集团对于存储技术的前瞻布局和研究，复旦微电子也成为了全球领先的NVM供应商，现已形成EEPROM、SPINORFlash、SPINANDFlash、专用存储器四大产品线，也是国内非挥发存储器产品线最完整的公司之一。
国家政策逐渐利好电子行业，作为公司也要回馈社会，建立社会责任，传播正能量。曾昭斌表示， 2017年底，复旦微电子集团携手上海市慈善基金会，捐助“花儿绽放——听障儿童人工耳蜗”项目。公司成立“复旦微电子集团专项基金”每年出资100万元，赞助家境贫困的重度聋儿装置人工耳蜗，使孩子们能最大限度地重建听力。2019年联合上海市聋儿康复中心、上海音乐学院等机构成立的上海市第一支全部由听障儿童组成的合唱团——“蜗牛宝宝合唱团”。
骨子里有着“顶天立地”的宏伟蓝图和格局的复旦微电子，在“做中国人自己的芯片”的理念下，正在谱写国产化的新篇章。
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从自掏腰包拼凑六百余万元，再到实现行业多个第一。从50平的小房间，到别人的水房，再到海内外多家分公司或办事处。在这样的环境下，这些人不仅不觉得艰苦，反而觉得很得意和与众不同……那段时期或许你没经历过，但你现在仍要感谢国产化的先驱们为现代的电子行业的耕耘。
或许你听说过复旦大学，但没听说过上海复旦微电子集团股份有限公司（下文简称“复旦微电子”）的故事。这是一家从事超大规模集成电路的设计、开发、测试，并为客户提供系统解决方案的专业公司，其自主研发的MCU和FPGA产品是广被电子行业传颂的精良之作。
经过前两年的国际形势影响，电子行业在国产化话题上讨论度越来越高。产业国产化进程愈发向上，自主产品越做越好，复旦微电子就是这样一家企业。21ic记者对话了复旦微电子集团副总经理曾昭斌为读者揭秘背后的艰辛。
创业坎坷，有志之士却乐在其中
曾昭斌为记者介绍：“我们的集成电路设计工作能够达到现在这样一种水平，可以说是凝聚着几代人的智慧，几代人的心血。享有世界盛誉的我国著名物理学家谢希德教授，50年代从美国回来，就很有战略眼光地在复旦大学开创了半导体物理的基础研究；复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室创建人之一叶仰林教授，不仅学术造诣深厚，而且非常富有开拓创新精神，当时的实验室是叶仰林教授向复旦大学贷款100万元建起的，他认为芯片设计外国人能做,为何中国人就不能做呢? ”
1994年,始终牵挂实验室的创始人施雷正式与叶仰林教授谈了自己的思路,可惜第二年叶先生就去世了,这件事也就暂时搁浅了。此后的几年,施雷还是念叨着实验室的事。直到1998年,施雷与当时的实验室副主任俞军谈了5分钟,就达成了组建复旦微电子的意向，在公司内部被戏称“五分钟决议”。可以说，是三代人的努力造就了今天的复旦微电子。
图1：经过三代人的努力，复旦微电子正式成立1998年7月，一群受过高等教育、有实际工作经验且在国内半导体行业中知名度较高的优秀青年，放弃出国机会，激扬着报效国家的崇高理想，满怀着追赶世界微电子行业制高点的雄心壮志，汇聚在黄浦江畔的一个院落，在国家没有投资一分钱的情况下，他们自掏腰包，拿出各自积蓄，拼凑了六百余万元，成立了中国集成电路设计业第一家发起式股份公司。
公司刚成立时条件比较艰苦，最早的办公地点是在复旦大学一个50平的小房间里，人员扩充后，又陆续租了两个“办公房”，一个在教学楼里，另一个则在别人的水房里。但是这群满怀理想的年轻人们不认为在水房办公艰苦，反而很得意，觉得很与众不同。
图2：50平米的水房，成了创造国产自主品牌的坚实阵地经历过艰苦，也乐在其中，但复旦微电子的志向远不于此。曾昭斌告诉记者，集团致力于创立一家受人尊重，让员工可以过上体面人的生活的企业。体面人的生活包括有一套舒适的房子、一辆漂亮的车子、一个不说违心话的地方。这是复旦微电子创立的初心，也是企业一直坚持的文化。
公司发展至今，复旦微电子集团已形成安全与识别、智能电表、非挥发存储器、智能电器、可编程器件FPGA、互联网创新六大成熟的产品线和系统解决方案，产品行销30多个国家和地区。在海内外设立多家分公司或者办事处，包括香港公司、北京办事处、深圳办事处、台湾办事处、新加坡办事处、美国公司等，扩大市场触角，加强与海内外各地的联系，推动企业的不断发展壮大。
除了各个细分领域、专业条线的奖项、荣誉外，复旦微电子集团还是上海市高新技术标杆企业和知识产权示范企业，也是国家认定的博士后工作站企业和国家规划布局的集成电路企业，曾多年担任国际特殊奥林匹克运动会指定技术赞助商。
图3：复旦微电子现上海办事处一角险境环生，再难也要做出中国自己的芯片
道路不会一马平川，国产化自主研发面临的困境远超我们的想象。曾昭斌说：“我们坚持走正向设计自主研发的道路，但自主研发会面临诸多的挑战，尤其是对于高端复杂的芯片。”
一方面是研发投入高，国外企业占据大部分市场份额之后，可以通过规模效应有效的分摊研发成本，而国内企业在这方面风险承担能力就比较薄弱。
另一方面是除了芯片本身，还需要进行生态建设。比如我司的FPGA芯片、MCU芯片和人工智能芯片，都存在一个生态的问题。赛灵思、TI公司、英伟达公司的GPU，CUDA生态是一道很深的护城河，而新兴国产芯片企业想要有所突破，不但需要在芯片技术上进行创新，也必须建设相应的应用生态。
更加让市场复杂化的是，地缘政治摩擦下，加速了中国半导体产业的自主化发展，国产化替代成为了不可不聊的话题。对此曾昭斌坦言，近年来受外部环境的不稳定因素影响，国内芯片行业遭受了国外专利壁垒、标准壁垒、贸易壁垒等“卡脖子”制约。
这对行业来说是挑战，也是机遇。近期国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》，提出中国芯片自给率要在2025年达到70%，为国产芯片公司的自主发展带来了巨大的发展空间。
一系列政策让“国产替代”成为了近年来的热点话题，但对复旦微电子来说，早在上个世纪成立初期，“做中国人自己的芯片”的理念就已深入每个复微人的心中。公司“以发展中国微电子事业为‘己任’”，致力于研发让市场认可的国产芯片，时至今日获得了广大客户和市场的认可。
以智能电表为例，过去国内市场基本由欧美日系进口芯片绝对垄断。而经过20多年的深耕，复旦微电子的单相表市场占有率现已超60%，自主研发的高可靠工业级主控MCU实现了核心元器件国产化。通用型低功耗MCU也得到市场的肯定，目前已在智能水气热表、安防消防、智能家居、健康医疗、可穿戴设备、工业控制等多个领域实现量产。截至2020年底累计销售4.5亿颗。
图4：复旦微电子推出的FM33G0XX系列通用MCU除了MCU，最让曾昭斌自豪的颠覆性产品就是自研FPGA。根据他的介绍，公司致力于为人工智能产业提供底层算力平台支持和通用计算加速架构。在可重构器件（FPGA）方面，公司经过长期积累，具备了国内领先、国际先进的技术水平，先后完成了国内首款千万门级FPGA、国内首款亿门级FPGA、国内首款亿门级PSOC芯片的突破。
图5：FMQL45AIT（简称青龙筋斗云），国际首款自定义全新架构的可重构AI芯片公司在2019年，推出了首款面向人工智能的可重构芯片——FPAI（FPGA AI）芯片。该芯片创新性的集成了大容量可编程逻辑、高性能AI加速核心和多核处理器系统，在保证强大AI算力的同时，还为用户提供了灵活可配置的算力资源。高效灵活的FPAI芯片方案、快速部署的平台方案和软硬一体的完整方案，公司将为客户提供了多方位的AI解决方案，帮助用户在人工智能时代成就未来。
虽然芯片真的那么“难”，但复旦微自成立以来始终坚持自主创新的道路，通过技术和产品的革新来推动企业的发展。复旦微成立专门的研究院，该部门员工近200人，独立于各大产品线，主要研究世界各项前沿技术，通过最新的技术研究来推动项目的进程和落地：
1、复旦微电子联合申通地铁集团及高晶检测科技股份有限公司推出的智能识别X光机系统，能够直击目前人工安检的痛点，通过神经网络识别技术，每一台X光机都可以变身为一个经验丰富的安检人员，以硬件形式呈现的智能X光机安检系统，能够24小时不间断地、稳定地工作。
2、复微神经网络智能检测系统由复微神经网络技术和智算平台组成。我们模拟安检人员的工作方式，利用“图像识别技术”来对经过安检机的X光图片进行识别，检测其中的违禁品。采用“卷积神经网络技术”（ConvolutionalNeuralNetwork）相关技术，可以检测到图片中的物品类别及其位置，并在图片中画出对应的提示框。通过十万量级数据的训练，对网络结构进行不断地调整，能达到对六大类违禁品超肉眼的识别精度。
3、智算平台是复旦微电子磨砺3年研发出来的一款针对CNN卷积神经网络的基于FPGA的深度卷积神经网络加速平台，具有高算力、低功耗的加速效果，提供高达1TGOPS的算力，灵活的支持VGG、YOLO、FaceNet等主流深度神经网络等优势。智算平台配合智能识别X光机，以150ms处理每张图片的速度，帮助安检人员在复杂场景下识别各类物品，从而保证鉴别结果，极大提高安检效率。
政策利好，跟着国家一步一个脚印
当然，除了困境和坏消息，好消息也不断激励着电子行业蓬勃发展。经历种种打压，国家政策逐渐电子产业倾斜，这也为行业带了新生机。曾昭斌告诉记者，随着国家的重视和资本的涌入，行业的整体发展进程将显著加快，市场需求会呈现出多样化和高端化的趋势，对应产品和技术的迭代也需要跟上市场步伐。举例来说，信息安全领域一直以来广受关注，通信技术的发展和云时代的到来更是对其提出了极高的需求。
应此市场需求，复旦微电子开发了包括基于国际加密算法标准SM9等在内的多种密码算法安全实现方案，这些方案可用于网络摄像头的增强身份认证、数据传输加密等。其中，SM9是中国首个列入国际标准的加密算法，是一款适于IoT需求的轻量级算法防护方案。而复旦微电子研发的PUF（物理不可克隆防伪）技术实现了国内首个量产PUF芯片，结合区块链实现了可溯源的唯一性认证平台（UIVS）。
PUF技术现已广泛应用于国台酒防伪、油罐防伪、京东商城正品追溯、进口高端葡萄酒、艺术品防伪等高端市场，获得了客户的一致认可。而在复旦微电子的安全实验室内，不仅会对基础算法进行开发，还会对算法在系统的应用和效能作为基础技术研究。此外，复旦微电子还会研究芯片安全攻击方法，以“矛”试“盾”，从而验证与确保产品可靠性。
另一方面，国家提出了新基建的长期发展战略，并不限于某类具体产品的实现，其目的更多是预先研究布局，做好产业必须的基础准备工作。而这与复旦微电子长期以来的发展策略不谋而合。在23年的发展历程中，集团始终坚持对前瞻领域的基础技术进行布局。同新基建一样，针对集团整体发展产品定位、自身技术积累、人员结构以及后期发展方向，修炼“内功”，并依托此进行产品和技术创新。
以存储领域为例——复旦微电子具有长期存储的技术积累，从机理、产品、设计方面对技术都拥有深刻的理解，无论在嵌入式还是通用存储市场都具有了很好的口碑。而作为集团的核心基础技术之一，存储技术广泛应用在电力电子、FPGA、安全识别事业部、存储等产品线及领域。而得益于集团对于存储技术的前瞻布局和研究，复旦微电子也成为了全球领先的NVM供应商，现已形成EEPROM、SPINORFlash、SPINANDFlash、专用存储器四大产品线，也是国内非挥发存储器产品线最完整的公司之一。
国家政策逐渐利好电子行业，作为公司也要回馈社会，建立社会责任，传播正能量。曾昭斌表示， 2017年底，复旦微电子集团携手上海市慈善基金会，捐助“花儿绽放——听障儿童人工耳蜗”项目。公司成立“复旦微电子集团专项基金”每年出资100万元，赞助家境贫困的重度聋儿装置人工耳蜗，使孩子们能最大限度地重建听力。2019年联合上海市聋儿康复中心、上海音乐学院等机构成立的上海市第一支全部由听障儿童组成的合唱团——“蜗牛宝宝合唱团”。
骨子里有着“顶天立地”的宏伟蓝图和格局的复旦微电子，在“做中国人自己的芯片”的理念下，正在谱写国产化的新篇章。
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