集微網消息，在百花齊放的芯片賽道中，從邏輯驗證發(fā)展而來的FPGA早已成為處理器芯片家族中的重要一員。

FPGA（Field Programmable Gate Array）即現場可編程邏輯門陣列，是一種可通過重新編程來實現用戶所需邏輯電路的半導體器件。與CPU、GPU、ASIC芯片相比，FPGA芯片的底層算法未固化，具有可編程性、高性能、低耗能和靈活性等特點，兼具硬件的并行性和低延時性，在上市周期和成本上優(yōu)勢明顯。

相比其它賽道，FPGA是個相對小眾的市場，遠不及CPU、GPU領域上百億美元的市場規(guī)模。然而，它卻在通信、數據中心、工業(yè)應用等領域中發(fā)揮著不可替代的作用，是重要的人工智能相關芯片。近年來，隨著AI運算、5G通信、異構計算的崛起，FPGA的價值愈發(fā)凸顯。

FPGA國產化進程加速

得益于高度的靈活性和強大的并行處理能力，FPGA可以在云、端、及其中間的全部應用中發(fā)揮作用，市場規(guī)模不斷擴大。據市場調研機構Frost&Sullivan統(tǒng)計，FPGA全球市場規(guī)模從2016年約43.4億美元增長至2020年的約60.8億美元，年均復合增長率約為8.8%。隨著全球新一代通信設備以及人工智能、自動駕駛技術等新興領域需求的不斷增長，預計FPGA全球市場規(guī)模將從2021年的68.6億美元增長至2025年的125.8億美元，年均復合增長率約為16.4%。

相較全球市場，中國市場的成長更加迅速。據Frost&Sullivan數據，中國FPGA市場從2016年的約65.5億元增長至2020年的約150.3億元，年均復合增長率約為23.1%。隨著國產替代進程的進一步加速，預計到2025年中國FPGA市場規(guī)模將達到約332.2億元，2020-2025年CAGR為16.6%。

FPGA是一個強者通吃很明顯的賽道。我國FPGA市場超過80%的市場份額被國外企業(yè)占據。從全球市場競爭格局來看，國外FPGA龍頭企業(yè)已高筑技術和行業(yè)生態(tài)壁壘。2019年，賽靈思和英特爾（Altera）兩家企業(yè)在全球FPGA市場的占有率已高達86%左右，再加上Lattice和MicroChip合計9%的市場份額，四家美國公司即占據了全世界95%以上的FPGA供應市場。

雖然FPGA市場基本一直被國外企業(yè)把持，但近年來，已有不少國內FPGA企業(yè)開始進入一些細分領域并最終生存下來。以安路科技、紫光同創(chuàng)、復旦微、成都華微、智多晶為代表的國產FPGA芯片廠商集中發(fā)力，不斷追趕國際先進水平。

市場分析認為，受國際形勢影響，FPGA芯片已迎來絕佳的國產替代時機。

接口IP廠商大顯身手

在FPGA快速發(fā)展的背后，IP產業(yè)作為其產業(yè)鏈的上游支撐環(huán)節(jié)，自然備受矚目。通過使用已驗證、可復用的成熟IP模塊，FPGA芯片設計企業(yè)可以將更多資源集中在打造產品核心競爭力上，而不必獨立開發(fā)一款芯片所需的所有IP。這在提高產品可靠性的同時，也實現了芯片設計成本和研發(fā)周期的大幅降低。

著眼未來發(fā)展，隨著超大規(guī)模芯片設計復雜度的不斷提升，IP及其復用技術已成為推動設計發(fā)展的關鍵。如何利用已有技術積累顯著提升芯片設計水平、縮短設計周期、縮小設計能力與IC工藝能力之間的差距，已成為芯片設計的首要課題。對于芯片設計公司而言，把經過驗證的IP集成到SoC系統(tǒng)中，成為了提高效率突破設計能力瓶頸的重要路徑。

具體到FPGA芯片而言，工藝制程、門級規(guī)模及SerDes IP速率是當前產品性能的核心指標。其中，SerDes IP速率對FPGA的實際性能表現有很大影響，它直接反映了FPGA與外界數據交換的能力——SerDes IP速率越高，FPGA芯片的交換能力越強。因此，與之相對應的SerDes IP技術對于FPGA芯片的發(fā)展尤為關鍵。

那么，目前相關的接口IP廠商有哪些？SerDes IP研發(fā)進展如何？據IPnest發(fā)布的全球領先IP廠商排名，在第一梯隊的Synopsys、Cadence、Rambus都是美國廠商，其開發(fā)的SerDes PHY最高速率已達到112Gbps。

按IP授權收入計算，2021年Synopsys以31.2%的市場份額排名第一。事實上，Synopsys的良好表現與其在接口IP領域的龍頭地位密切相關——它在約13億美元的接口IP市場占有約55.6%的份額，而高性能SerDes IP是互聯市場的核心支柱。Synopsys采用的是“一站式IP”戰(zhàn)略，其開發(fā)的SerDes IP支持幾乎所有接口協議（如USB、PCIE、以太網、SATA、HDMI、MIPI等），且多個接口協議的市場份額均長期領先。

成立于2017年的Alphawave排名躍升至第四。IPnest分析指出，這顯示了高性能SerDes IP對于數據中心應用這一市場關鍵驅動力的重要性。據了解，Alphawave是臺積電、三星和英特爾IFS等頂級晶圓代工廠在7nm、5nm和3nm先進制程所需PAM4 112G SerDes IP的主要供應商。

反觀國內市場，國產接口IP產業(yè)仍處于追趕階段，國內真正能給FPGA芯片提供成熟接口IP的企業(yè)可以說是鳳毛麟角。

不過，值得肯定的是，近幾年在國家的大力支持和全行業(yè)的共同努力下，這種競爭格局也正悄然發(fā)生改變。在接口IP領域，國內涌現出了眾多企業(yè)，如牛芯半導體、芯動科技、芯耀輝、銳成芯微、納能微、橙科微、和芯微、芯思原、燦芯、奎芯等。

其中，牛芯半導體推出的28Gbps SerDes IP是國產14/12nm工藝線上首款超高速、高規(guī)格的SerDes IP 產品，32Gbps SerDes IP預計年底開發(fā)完成，助推FPGA芯片實現國產自主可控。

針對FPGA芯片可配置性高、靈活度強以及產品應用范圍廣等特點，牛芯半導體的接口IP產品優(yōu)勢顯著，主要體現在四個方面：一是支持多協議、多頻點的SerDes PHY，可兼容國際高端FPGA芯片；二是定制化設計服務滿足適配層靈活切換，多協議可配的設計要求；三是已有積累的工藝節(jié)點豐富，硅驗證產品多，IP產品成熟穩(wěn)定；四是針對FPGA芯片規(guī)模大的特點，提供多可選位寬、多通道級聯、高速信號完整性分析等解決方案等定制服務，易于FPGA芯片廠商實現集成。

雖然近年來國產接口IP產業(yè)成績喜人，但對國內廠商而言挑戰(zhàn)仍然巨大：一是如何把握國內FPGA芯片企業(yè)的真實需求；二是如何提升接口IP產品的兼容性。積極應對并攻克這些挑戰(zhàn)，對未來國產接口IP產業(yè)逐步接近乃至趕超國際先進水平、實現長久可持續(xù)發(fā)展，是至關重要的。

對此，擁有服務多家國內FPGA芯片企業(yè)經驗的牛芯半導體已做好了充分準備，將憑借其多年積累的芯片設計和量產經驗，比對手更快地在關鍵工藝節(jié)點上推出有競爭力的SerDes和DDR IP產品。

如今，FPGA市場規(guī)模不斷擴大，國產化替代趨勢更加顯著，作為芯片標配的SerDes IP需求日益旺盛，在這股浪潮之中，以牛芯半導體為代表的國產IP廠商也將迎來高光時刻。

編輯：黃飛

?