根據(jù)MRFR統(tǒng)計(jì)，2019年全球 FPGA 市場規(guī)模約為69億美元。在5G和AI的推動下，2025年市場規(guī)模有望達(dá)到125億美元，年復(fù)合增長率為10.22%。其中亞太地區(qū)是重要的增量市場，隨著新興建設(shè)應(yīng)用的逐步展開，2025 年市場規(guī)模將達(dá)到近55億美元。



2018年Xilinx和Altera分別占據(jù)全球市場56%和31%。在中國FPGA市場中，占比達(dá)52%和28%。國內(nèi)FPGA市場大約120億，其中民用市場100億，F(xiàn)PGA市場國產(chǎn)率約為4%。



面對這樣的現(xiàn)狀，國產(chǎn)FPGA廠商紛紛加快了技術(shù)研發(fā)和市場步伐。在最近，由電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的“國產(chǎn)FPGA芯片在細(xì)分領(lǐng)域有哪些發(fā)展？”的線上視頻直播活動中，來自高云半導(dǎo)體、紫光同創(chuàng)、京微齊力的專家們對當(dāng)前國產(chǎn)FPGA的現(xiàn)狀與發(fā)展做出了很好的分析與討論。

近兩年國產(chǎn)FPGA進(jìn)展快速

FPGA主要有五大類應(yīng)用，分別是通信、工業(yè)、消費(fèi)、汽車和數(shù)據(jù)中心。國產(chǎn)FPGA廠商在中低密度FPGA應(yīng)用上取得了突破。高云半導(dǎo)體市場副總裁兼中國區(qū)銷售總監(jiān)黃俊談到，國產(chǎn)廠商在通信、工控、汽車、消費(fèi)類等各行各業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)滲透，但每個(gè)市場的出貨比重仍然偏少。

圖：高云半導(dǎo)體市場副總裁兼中國區(qū)銷售總監(jiān)黃俊

紫光同創(chuàng)市場總監(jiān)呂喆表示，國產(chǎn)FPGA這兩年發(fā)展較快，在55納米和40納米兩個(gè)工藝平臺出貨量較大，接下來還需要加快先進(jìn)工藝平臺的投入和布局，促進(jìn)國產(chǎn)FPGA在數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算、AI等應(yīng)用市場的增長。

京微齊力產(chǎn)品與應(yīng)用支持部總監(jiān)倘余清認(rèn)為，從邏輯資源角度，國產(chǎn)廠商主要在CPLD、25k邏輯資源以下的市場有大批量的出貨。并且也有大客戶導(dǎo)入設(shè)計(jì)。京微齊力主要投入在40納米工藝，55納米投入不多。未來40納米和28納米在中低端替代上空間巨大，京微齊力在50K-100K邏輯資源以內(nèi)進(jìn)行突破。

除了上述三家國產(chǎn)FPGA廠商之外，還有安路科技、西安智多晶、復(fù)旦微電子等國內(nèi)廠商，他們都在近幾年呈現(xiàn)了較快的發(fā)展。

尤其在中興、華為事件之后，在加速供應(yīng)鏈本土化的進(jìn)程中，國產(chǎn)芯片廠商得到了終端客戶積極地接納，獲得了更快速地成長機(jī)會。

加速發(fā)展，但彎道超車難度較大

FPGA巨頭XILINX在30年代發(fā)明了FPGA芯片，無論從發(fā)展時(shí)間、專利數(shù)量、市場份額等方面國外幾家廠商都處于領(lǐng)先地位。那么國內(nèi)FPGA廠商的差距有多大，有機(jī)會彎道超車嗎？

三位嘉賓從工藝、軟件、人才、供應(yīng)鏈和生態(tài)幾個(gè)方面分析了國產(chǎn)FPGA廠商的現(xiàn)狀。

呂喆認(rèn)為，F(xiàn)PGA的核心專利大部分掌握在國外廠商手中，在核心專利沒有過期的情況下，要繞開這些專利，不僅要加大研發(fā)投入，還要因此付出更多的成本，消耗更大的芯片面積和功耗，這實(shí)際上制約了FPGA初創(chuàng)公司的發(fā)展。

圖：紫光同創(chuàng)市場總監(jiān)呂喆

再看研發(fā)投入，XILINX每年研發(fā)投入占銷售額的20%，2019年差不多7億美金，其產(chǎn)品系列非常多，涵蓋6大產(chǎn)品系列上百種產(chǎn)品，這些投入也是國產(chǎn)廠商所不具備的。紫光同創(chuàng)目前擁有3大產(chǎn)品家族共5個(gè)產(chǎn)品系列，覆蓋3個(gè)工藝平臺，已上市近30種產(chǎn)品型號，是目前產(chǎn)品品類最豐富的國產(chǎn)FPGA廠商。供應(yīng)鏈的配套方面，從晶圓代工到封測，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)仍比較欠缺。另外，F(xiàn)PGA的高端人才大多聚集在北美，國內(nèi)人才缺失也是一大問題。生態(tài)應(yīng)用端，與下游應(yīng)用廠商的合作也相對落后。為此，國內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)需要有“換道”的意識，除了在傳統(tǒng)FPGA器件領(lǐng)域布局之外，還需要加大創(chuàng)新架構(gòu)、細(xì)分市場的投入。從應(yīng)用端需求出發(fā)，開發(fā)差異化的產(chǎn)品，才能提升競爭力。

倘余清補(bǔ)充道，從專利角度看，F(xiàn)PGA的專利分為核心與非核心專利，XILINX擁有最多的專利，其核心專利約有500-800件。國內(nèi)廠商要在基本邏輯結(jié)構(gòu)、DSP結(jié)構(gòu)、BLOCK RAM等方面申請一些必要的專利，這對今后公司做大做強(qiáng)，乃至上市都至關(guān)重要。因?yàn)槿羟捌诜e累不夠，往后的代價(jià)會更大。

“如果說工藝迭代可以用資金來解決，那么用于FPGA的EDA軟件迭代更重要，國內(nèi)也更欠缺。”黃俊表示，EDA軟件的提升一方面需求終端客戶的使用配合，加速迭代，另一方面也需要EDA軟件人才，這一塊的人才非常缺失。

在多方面都落后和不足的情況下，要實(shí)現(xiàn)彎道超車，三位嘉賓均表示至少在近幾年都無法實(shí)現(xiàn)。特別是越發(fā)展到中高密度邏輯容量，無論硬件還是軟件方面難度都比較大。目前國產(chǎn)FPGA廠商可以增量市場入手，尋找差異化競爭，這或許是某種角度理解的“彎道超車”。

國產(chǎn)替代，優(yōu)勢有哪些？

工程師認(rèn)知大幅提升，本地化支持更貼近用戶

國產(chǎn)FPGA雖說起步晚，但如今的市場接納程度也迎來了最好的時(shí)候。黃俊談及，十多年前國內(nèi)工程師甚至還不懂得FPGA，推廣相當(dāng)吃力。也幸好有這十多年的積累，中國市場FPGA的用戶數(shù)量、工程師的認(rèn)知基礎(chǔ)都有了極大的提升。中國作為最重要的應(yīng)用市場，推廣速度、迭代速度都非常迅速。

國內(nèi)廠商擁有的本地支持的優(yōu)勢也是工程師們認(rèn)可的一個(gè)因素。在中興華為事件后，國內(nèi)許多細(xì)分市場的龍頭企業(yè)加速了對國產(chǎn)FPGA的導(dǎo)入，這一類客戶，國內(nèi)廠商先從小項(xiàng)目開始導(dǎo)入。面對一些新興市場，通過提供解決方案獲得客戶認(rèn)可。黃俊表示，這類客戶，我們幫助其完成整個(gè)方案設(shè)計(jì)，加強(qiáng)支持力度，及時(shí)響應(yīng)要求，加強(qiáng)FAE和AE團(tuán)隊(duì)，從而進(jìn)行滲透。

在培育市場前期，可以通過舉辦設(shè)計(jì)競賽等活動拉近與電子工程師的距離，呂喆提到，紫光同創(chuàng)為此做了兩個(gè)大學(xué)生設(shè)計(jì)競賽活動，并提供入門級學(xué)習(xí)型開發(fā)板等，方便初學(xué)者、愛好者進(jìn)行學(xué)習(xí)開發(fā)。

另外，倘余清表示，客戶看中器件帶來的功耗、成本和性能三者的平衡，尤其是功耗，國產(chǎn)芯片若能為客戶提供更好的功耗優(yōu)化，不斷在產(chǎn)品細(xì)節(jié)上發(fā)力，會更容易得到客戶的認(rèn)可。

圖：京微齊力產(chǎn)品與應(yīng)用支持部總監(jiān)倘余清

供應(yīng)有保障，更注重供應(yīng)質(zhì)量

黃俊分析道，F(xiàn)PGA的供貨主要分為晶圓代工和封裝測試兩個(gè)時(shí)間周期，通常晶圓代工廠的供貨周期為三到四個(gè)月，封測廠一個(gè)多月，因此，從投片到芯片出貨基本上需要半年時(shí)間。那么，F(xiàn)PGA廠商一般會備有一定的庫存。FPGA芯片經(jīng)歷從十萬片到上千萬片的量產(chǎn)，芯片質(zhì)量經(jīng)過不同階段的量產(chǎn)迭代，已經(jīng)能夠保證其產(chǎn)品批量質(zhì)量。

FPGA芯片的出貨量與存儲芯片、CPU等相距甚遠(yuǎn)，達(dá)到千萬量級已經(jīng)是不錯(cuò)的水準(zhǔn)。呂喆表示，國產(chǎn)FPGA芯片經(jīng)過送樣到客戶批量的整個(gè)過程會對芯片質(zhì)量進(jìn)行大量的驗(yàn)證和調(diào)試，尤其大客戶對芯片質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，而這一系列過程國產(chǎn)芯片都能夠做到良好的質(zhì)量把握。

由于目前國內(nèi)FPGA芯片的邏輯容量還不大，集中在25K至50K以內(nèi)，因此整個(gè)測試成本占比不大。倘余清認(rèn)為，隨著邏輯容量的增加，國內(nèi)廠商需要找到更高效的測試方法，這是把控芯片質(zhì)量的一個(gè)重要因素。例如可以通過增加芯片的冗余來增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性。

因此，國產(chǎn)FPGA的供應(yīng)無論從數(shù)量還是質(zhì)量上來看，都能夠滿足所需，良好的出貨和品質(zhì)管控也為日后的市場拓展提供更好的經(jīng)驗(yàn)支持。

國產(chǎn)FPGA芯片助力新興應(yīng)用

5G+AI被認(rèn)為是國產(chǎn)FPGA發(fā)展的機(jī)遇，然而這個(gè)機(jī)會點(diǎn)也是所有FPGA廠商的機(jī)會，作為國內(nèi)廠商還是要立足于目前芯片能夠覆蓋到的相關(guān)應(yīng)用去拓展。

呂喆說，5G對國產(chǎn)廠商必定是增量市場，尤其是越靠近終端設(shè)備的數(shù)量多，小基站數(shù)量多。不過，越往核心網(wǎng)、骨干網(wǎng)發(fā)展，對芯片規(guī)模、SERDES的要求更高，這一類高端FPGA的應(yīng)用目前國產(chǎn)廠商暫時(shí)無法覆蓋。在低端的，與5G相關(guān)的通信設(shè)備里抓一些增量市場比較可行。AI應(yīng)用上，F(xiàn)PGA由于實(shí)時(shí)性好，并行運(yùn)算能力強(qiáng)，主要應(yīng)用于邊緣端和云端AI的推斷，受限于功耗和尺寸，在手持終端上的應(yīng)用不會太多。對于這些新興應(yīng)用市場，紫光同創(chuàng)都有所布局。

在5G高端應(yīng)用上，國產(chǎn)芯片廠商暫時(shí)在一到三年恐怕都不一定能夠突破，主要還是在數(shù)據(jù)量要求不高的中低端應(yīng)用市場?；谶@個(gè)判斷，倘余清建議國內(nèi)廠商可針對性地做優(yōu)化，根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)找到細(xì)分市場機(jī)會。例如在圖像AI領(lǐng)域，通過邏輯資源和DRAM方面的優(yōu)化切入。

在CPLD、10K以內(nèi)小容量的市場，國產(chǎn)廠商在5G通信設(shè)備層面擁有較多的替代機(jī)會，黃俊表示國內(nèi)廠商在通信設(shè)備市場的導(dǎo)入近幾年發(fā)展較快，另一個(gè)機(jī)會是5G覆蓋到的很多應(yīng)用場景，例如沉浸式體驗(yàn)類的VR/AR，會隨著5G的到來出現(xiàn)新的機(jī)會，國內(nèi)廠商在芯片尺寸、功耗、性能等方面持續(xù)優(yōu)化，將能夠爭取到這樣的機(jī)會。AI方面，高云推出了入門級加速器，包括軟核處理器或硬化的Arm Cortex-M3處理器，將嵌入式處理器及FPGA加速器結(jié)合，用于圖像識別等應(yīng)用。

客戶開案多，下半年到明年，國產(chǎn)FPGA樂觀向上

出乎意料的是，今年初以來的新冠疫情，對于FPGA行業(yè)來說并沒有太多的影響。三位嘉賓對今年下半年到明年的發(fā)展形勢都比較樂觀。

原因是，上半年許多客戶都在緊鑼密鼓地進(jìn)行新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這些需求將在下半年甚至明年得到釋放。另外，疫情以來，在測溫儀、口罩機(jī)等市場FPGA廠商適時(shí)切入到這些抗疫相關(guān)的產(chǎn)品市場，獲得增長。還有，5G建設(shè)加速，也提振了行業(yè)信心，加快了FPGA的市場步伐。

整體看，隨著中低端產(chǎn)品繼續(xù)向各類應(yīng)用市場滲透，F(xiàn)PGA芯片走向中高端是發(fā)展趨勢，那么28納米國產(chǎn)FPGA芯片就進(jìn)入到了關(guān)鍵時(shí)刻，這方面還需要國產(chǎn)FPGA芯片廠商繼續(xù)努力突破。

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