電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2022年全球FPGA市場規(guī)模為79.4億美元，2023年成長為93.6億美元，2016-2023這幾年的年復(fù)合增長率達10.1%。FPGA是在PAL（可編程陣列邏輯）、GAL（通用陣列邏輯）等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物，具有硬件可重構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)，其數(shù)字電路可以通過編程的方式在芯片出廠后重新構(gòu)造，具有并行性、低延時性和靈活性等特性，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

近日，賽迪顧問股份有限公司集成電路中心主任騰冉表示，全球FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展有三大特點和三大趨勢。那么，在其中國產(chǎn)FPGA廠商面臨著怎樣的機遇和挑戰(zhàn)呢？

FPGA產(chǎn)業(yè)的三大特點和三大趨勢

根據(jù)騰冉的介紹，F(xiàn)PGA器件的第一個特點是，其是兼具靈活性和性能的半定制性集成電路。具體表現(xiàn)為：首先，F(xiàn)PGA器件具有極高的設(shè)計靈活性，屬于硬件可重構(gòu)的芯片結(jié)構(gòu)，內(nèi)部具有數(shù)量豐富的可編程輸入輸出單元引腳及觸發(fā)器：其次，F(xiàn)PGA具有適用便捷的屬性，屬于專用電路中開發(fā)周期最短、應(yīng)用風(fēng)險最低的器件之一；再次，F(xiàn)PGA在并行計算方面具有明顯的性能優(yōu)勢，芯片內(nèi)部可按照數(shù)據(jù)包步驟數(shù)量搭建相對應(yīng)的流水線，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)并行、流水線并行；最后，F(xiàn)PGA具有極高的器件兼容性，可與CMOS等大規(guī)模集成電路兼容，進行協(xié)同工作。

FPGA器件的第二個特點是行業(yè)具有明顯的“小而美”特征。首先，F(xiàn)PGA的行業(yè)集中
度非常高，龍頭企業(yè)占據(jù)極高的市場份額，目前全球TOP4級別的FPGA廠商占據(jù)85%左右的市場份額，與此同時，F(xiàn)PGA具有極強的用戶粘性，軟硬件形成極強的用戶綁定，用戶轉(zhuǎn)化器件需要付出很高的成本代價，因而非常容易被鎖定，進而在整個產(chǎn)品生命周期形成穩(wěn)定的需求量；其次，雖然FPGA總體市場規(guī)模只有百億級別，但擁有極高的行業(yè)壁壘，以及確定清晰的競爭格局，使得資本市場對FPGA企業(yè)的估值在同類數(shù)字芯片公司中位居前列，基于此，F(xiàn)PGA龍頭企業(yè)在研發(fā)投入上具有明顯的規(guī)模效應(yīng)，龍頭企業(yè)的研發(fā)費率近30%；最后，F(xiàn)PGA是一個利潤豐厚的產(chǎn)業(yè)，龍頭企業(yè)的毛利率穩(wěn)定在60%以上，資本回報率持續(xù)保持在15%以上，由于模式清晰，龍頭企業(yè)可以用高標(biāo)準(zhǔn)化芯片覆蓋長尾的市場需求。

FPGA器件的第三個特點是基于專用的EDA軟件，造成極高的生態(tài)壁壘。首先，F(xiàn)PGA芯片需要軟硬件協(xié)同發(fā)展以實現(xiàn)功能配置，F(xiàn)PGA專用EDA軟件工具的編程復(fù)雜程度及高度專用性構(gòu)建了一個差異化的生態(tài)壁壘：其次，在FPGA軟件工具設(shè)計流程中，除部分前端流程可借助外部工具，其余環(huán)節(jié)需要FPGA廠商進行自主研發(fā)匹配，軟件具有非常強的企業(yè)特色；最后，F(xiàn)PGA是一個軟硬件相互驅(qū)動的器件，設(shè)計流程往往是軟件先行，軟件工具的研發(fā)水平對硬件規(guī)模和性能有很大影響。

在這三大特點下，F(xiàn)PGA未來的發(fā)展也會有明顯的三大趨勢。第一個趨勢是全球FPGA市場規(guī)模將繼續(xù)穩(wěn)步增長：首先，F(xiàn)PGA產(chǎn)品在各行各業(yè)重要性和采用率依然會不斷提升，保持一個高個位數(shù)或者低雙位數(shù)的年復(fù)合增長率；其次，后續(xù)市場發(fā)展中，低階、中端、高階（規(guī)模容量）FPGA產(chǎn)品的份額占比約為35%、28%、37%；最后，F(xiàn)PGA市場的技術(shù)多樣性凸顯了根據(jù)特定應(yīng)用要求定制硬件解決方案的重要性，確保許多行業(yè)從這些多功能器件中受益。

第二個趨勢是FPGA應(yīng)用領(lǐng)域在廣度和深度層面不斷增加，包括工業(yè)、通信和數(shù)據(jù)中心等大場景，以及消費電子、汽車電子和邊緣AI等零碎的場景。比如，在通信場景中，F(xiàn)PGA的應(yīng)用是非常廣泛的，可實現(xiàn)大量高速數(shù)字信號處理功能，在多通道波束成型中更具靈活性，且能夠滿足5G的高并發(fā)處理需求；再比如在汽車電子場景中，汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中的邏輯單元較多時，采用 FPGA技術(shù)能夠?qū)⑦@些邏輯單元準(zhǔn)確排列，提高汽車電子系統(tǒng)中邏輯單元的利用率，另外FPGA方案適應(yīng)于多傳感器融合、計算加速平臺等領(lǐng)域。

第三個趨勢是國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)向好，將會在高容量和特殊領(lǐng)域FPGA產(chǎn)品方面迎來巨大的發(fā)展機遇。

不過，對于國產(chǎn)FPGA廠商而言，最大的挑戰(zhàn)來自工藝制程。先進工藝對FPGA容量提升貢獻最大。從工藝制程來看，目前28nm-90nm制程FPGA在性價比和良品率方面具有很大的優(yōu)勢，但是更先進的FPGA產(chǎn)品和可編程SoC就需要更先進的制程，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，EDA方面的挑戰(zhàn)也是不容忽視，不過從用戶體驗來看，目前國產(chǎn)FPGA在軟件方面的部署和遷移支持等方面，已經(jīng)能夠提供非常不錯的體驗。

國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展

騰冉在報告中指出，目前國產(chǎn)FPGA廠商發(fā)展主要處于第二和第三梯隊。其中，第二梯隊廠商包括安路科技、中微億芯、紫光同創(chuàng)和復(fù)旦微，處于第三梯隊的國產(chǎn)FPGA廠商包括高云、智多晶、中科億海微、京微齊力和易靈思等。

安路科技創(chuàng)立于2011年11月，是國內(nèi)領(lǐng)先的集成電路設(shè)計企業(yè)。該公司具備FPGA芯片硬件和FPGA編譯軟件的自主研發(fā)能力，專注于研發(fā)通用可編程邏輯芯片技術(shù)及系統(tǒng)解決方案。2021年，安路科技在上交所科創(chuàng)板成功上市，成為A股首家專注于FPGA業(yè)務(wù)的上市公司。安路科技的FPGA產(chǎn)品包括SALEAGLE系列、SALELF系列、SALSWIFT系列、SALPHOENIX系列和SALDRAGON系列。

中微億芯成立于2013年12月，該公司擁有實力雄厚的設(shè)計團隊，重點瞄準(zhǔn)28nm-16nm，已經(jīng)完成億門級FPGA的研發(fā)設(shè)計。中微億芯FPGA廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字電路系統(tǒng)中，包括通信、計算機、工業(yè)控制、醫(yī)療、汽車電子等領(lǐng)域。

紫光同創(chuàng)專業(yè)從事可編程系統(tǒng)平臺芯片及其配套EDA開發(fā)工具的研發(fā)與銷售，致力于為客戶提供完善的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可編程邏輯器件平臺和系統(tǒng)解決方案。該公司FPGA產(chǎn)品系列包括Kosmo Family、Titan Family、Logos Family和Compa Family。

復(fù)旦微于1998年7月創(chuàng)辦，是國內(nèi)從事超大規(guī)模集成電路的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)（測試）和提供系統(tǒng)解決方案的專業(yè)公司。在FPGA方面，復(fù)旦微率先開發(fā)了國內(nèi)首款億門級FPGA、國內(nèi)首款異構(gòu)融合億門級PSOC芯片，以及國內(nèi)首款面向人工智能應(yīng)用的可重構(gòu)芯片F(xiàn)PAI（FPGA+AI）芯片。該公司FPGA系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通信、人工智能、工業(yè)控制、信號處理等領(lǐng)域。

高云半導(dǎo)體成立于2014年，是一家專業(yè)從事FPGA研發(fā)與設(shè)計的國產(chǎn)FPGA高科技公司，致力于向客戶提供從芯片、EDA開發(fā)軟件、IP、開發(fā)板到整體系統(tǒng)解決方案的一站式服務(wù)。高云的可編程邏輯產(chǎn)品包括晨熙家族、小蜜蜂家族、Arora Ⅴ系列和GoBridge家族。

智多晶成立于2012年，總部位于西安，創(chuàng)始團隊擁有三十多年豐富的FPGA設(shè)計制造經(jīng)驗，曾就職于海外該領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)，并擔(dān)任多個專業(yè)方向技術(shù)帶頭人。智多晶的可編程邏輯器件包括Shark 7000 FPGA系列、Seal 5000 FPGA系列、Sealion 2000 FPGA系列、Sealion 2000 CPLD系列和Seagull 1000 CPLD系列。

中科億海微是中國科學(xué)院“可編程芯片與微系統(tǒng)”研究領(lǐng)域的科研與產(chǎn)業(yè)化團隊，按照國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)起成立的以“可編程邏輯IP核與EDA工具”為技術(shù)特色，以FPGA、自適應(yīng)SoC、可重構(gòu)計算系統(tǒng)等產(chǎn)品設(shè)計與服務(wù)為主營業(yè)務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。中科億海微的可編程邏輯器件包括億海神針系列、億海神盾系列和系統(tǒng)級芯片。

京微齊力是國內(nèi)較早進入自主研發(fā)、規(guī)模生產(chǎn)、批量銷售通用FPGA芯片及新一代異構(gòu)可編程計算芯片的企業(yè)之一。該公司的可編程邏輯產(chǎn)品包括HME - H（大力神）、HME - P（飛馬）、HME - R（河）和HME - M（山）系列。

易靈思是一家國產(chǎn)FPGA公司，采用邏輯和路由可以互換的XLR結(jié)構(gòu)，革命性地發(fā)明了突破性的Quantum架構(gòu)，PPA優(yōu)勢是傳統(tǒng)FPGA公司的4倍。易靈思的FPGA產(chǎn)品包括Trion FPGA系列和鈦金FPGA系列。

結(jié)語

目前，國產(chǎn)FPGA企業(yè)在產(chǎn)品類型方面，已經(jīng)全面覆蓋千萬門級、億門級和可編程SoC的產(chǎn)品形態(tài)。不過，在器件性能和工藝制程方面，和國際廠商依然有很大的差距。后續(xù)，由于工藝制程的限制，預(yù)計先進封裝技術(shù)將成為國產(chǎn)FPGA廠商提升產(chǎn)品性能的主要手段之一。