根據(jù)MRFR統(tǒng)計，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)模有望達到125億美元，年復合增長率為10.22%。其中亞太地區(qū)是重要的增量市場，隨著新興建設應用的逐步展開，2025 年市場規(guī)模將達到近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芯片在細分領域有哪些發(fā)展？”的線上視頻直播活動中，來自高云半導體、紫光同創(chuàng)、京微齊力的專家們對當前國產(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進展快速

FPGA主要有五大類應用，分別是通信、工業(yè)、消費、汽車和數(shù)據(jù)中心。國產(chǎn)FPGA廠商在中低密度FPGA應用上取得了突破。高云半導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、消費類等各行各業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)滲透，但每個市場的出貨比重仍然偏少。

圖：高云半導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納米兩個工藝平臺出貨量較大，接下來還需要加快先進工藝平臺的投入和布局，促進國產(chǎn)FPGA在數(shù)據(jù)中心、高性能計算、AI等應用市場的增長。

京微齊力產(chǎn)品與應用支持部總監(jiān)倘余清認為，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。并且也有大客戶導入設計。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，在加速供應鏈本土化的進程中，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)展時間、專利數(shù)量、市場份額等方面國外幾家廠商都處于領先地位。那么國內(nèi)FPGA廠商的差距有多大，有機會彎道超車嗎？

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

呂喆認為，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個產(chǎn)品系列，覆蓋3個工藝平臺，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)應用端，與下游應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器件領域布局之外，還需要加大創(chuàng)新架構(gòu)、細分市場的投入。從應用端需求出發(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，乃至上市都至關(guān)重要。因為若前期積累不夠，往后的代價會更大。

“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，要實現(xiàn)彎道超車，三位嘉賓均表示至少在近幾年都無法實現(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、工程師的認知基礎都有了極大的提升。中國作為最重要的應用市場，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)勢也是工程師們認可的一個因素。在中興華為事件后，國內(nèi)許多細分市場的龍頭企業(yè)加速了對國產(chǎn)FPGA的導入，這一類客戶，國內(nèi)廠商先從小項目開始導入。面對一些新興市場，通過提供解決方案獲得客戶認可。黃俊表示，這類客戶，我們幫助其完成整個方案設計，加強支持力度，及時響應要求，加強FAE和AE團隊，從而進行滲透。

在培育市場前期，可以通過舉辦設計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)為此做了兩個大學生設計競賽活動，并提供入門級學習型開發(fā)板等，方便初學者、愛好者進行學習開發(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)品細節(jié)上發(fā)力，會更容易得到客戶的認可。

圖：京微齊力產(chǎn)品與應用支持部總監(jiān)倘余清

供應有保障，更注重供應質(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時間周期，通常晶圓代工廠的供貨周期為三到四個月，封測廠一個多月，因此，從投片到芯片出貨基本上需要半年時間。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，達到千萬量級已經(jīng)是不錯的水準。呂喆表示，國產(chǎn)FPGA芯片經(jīng)過送樣到客戶批量的整個過程會對芯片質(zhì)量進行大量的驗證和調(diào)試，尤其大客戶對芯片質(zhì)量要求更加嚴格，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)，因此整個測試成本占比不大。倘余清認為，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)量的一個重要因素。例如可以通過增加芯片的冗余來增強產(chǎn)品的可靠性。

因此，國產(chǎn)FPGA的供應無論從數(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)驗支持。

國產(chǎn)FPGA芯片助力新興應用

5G+AI被認為是國產(chǎn)FPGA發(fā)展的機遇，然而這個機會點也是所有FPGA廠商的機會，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的應用目前國產(chǎn)廠商暫時無法覆蓋。在低端的，與5G相關(guān)的通信設備里抓一些增量市場比較可行。AI應用上，F(xiàn)PGA由于實時性好，并行運算能力強，主要應用于邊緣端和云端AI的推斷，受限于功耗和尺寸，在手持終端上的應用不會太多。對于這些新興應用市場，紫光同創(chuàng)都有所布局。

在5G高端應用上，國產(chǎn)芯片廠商暫時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用市場。基于這個判斷，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)特點找到細分市場機會。例如在圖像AI領域，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通信設備層面擁有較多的替代機會，黃俊表示國內(nèi)廠商在通信設備市場的導入近幾年發(fā)展較快，另一個機會是5G覆蓋到的很多應用場景，例如沉浸式體驗類的VR/AR，會隨著5G的到來出現(xiàn)新的機會，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行新的產(chǎn)品設計，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、口罩機等市場FPGA廠商適時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芯片就進入到了關(guān)鍵時刻，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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