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國產FPGA市場格局及進展

摘要：FPGA作為通信、航天、軍工等領域的關鍵核心器件，是保障國家戰略安全的重要支撐基礎。近年來，隨著大數據、云計算和人工智能的發展，FPGA的應用領域得到快速擴張。 FPGA作為通信、航天、軍工等領域的關鍵核心器件，是保障國家戰略安全的重要支撐基礎。近年來，隨著大數據、云計算和人工智能的發展，FPGA的應用領域得到快速擴張。然而，長期以來，FPGA市場都處于美國的絕對壟斷之下，這對中國毫無疑問是一個隱患--如果沒有FPGA，90%以上的大型軍用電子設備將難以發揮作用。為了滿足經濟發展和國防需求，打破美國的壟斷，中國政府多年來投入了數百億科研經費，通過逆向工程方式仿制美國對我禁運的FPGA產品。但由于知識產權、生產工藝和軟件技術等多方面的限制，仿制品種有限，技術無法突破，還難以滿足國家安全的需要。近幾年FPGA作為“中國強芯”戰略產品的重頭戲之一，國內FPGA廠商如紫光同創、復旦微電子、華微電子、中電科58所、航天772所所、京微雅格、高云半導體、上海安路、西安智多晶、上海遨格芯等，雖然積累了一定的技術和產業基礎，在FPGA國產化有所突破，但產品還未能進入主流市場，與國際巨頭存在較大的差距，不論從產品性能、功能、功耗、軟件、應用支撐上都有差距。接下來就讓我們跟進一下這些企業的最新進展。紫光同創深圳市紫光同創電子有限公司是國內唯一一家覆蓋高端、中端、低端等多層次FPGA市場應用需求的廠商，產品覆蓋通信網絡、信息安全、人工智能、數據中心、工業與物聯網等各行各業。早在2015年，在國內首次實現千萬門級規模的全自主知識產權Titan系列高性能FPGA及配套開發工具，是目前唯一能支持和實現大規模FPGA全流程開發設計的國內FPGA廠商。這一系列產品的成功實現，標志著中國FPGA產業真正具備了研制全自主知識產權高性能FPGA的能力，體現了中國FPGA芯片和EDA軟件設計水平的巨大飛越。目前PGT180H芯片已經通過中興通訊和新華三通信等設備廠商的全部系統驗證，開始批量供貨，成為唯一一款在通信設備市場實現量產出貨的國產FPGA。

紫光同創 Titan系列高性能FPGA 京微雅格2003年，京微雅格的前身在美國硅谷創立，2005年公司遷至北京，主要從事FPGA開發。京微雅格多年來布局了“山”“河”“云”“星”四個產品系列，計劃從低端一步步向中高端市場邁進。其推出的 CME-C1容量達2000萬門級別，在中低端市場局部實現了對國外FPGA的替換。 2016年5月，京微雅格經營遭遇困境，一度被傳倒閉，后京微雅格回應：“公司在經營上發生了一定的困難，但是沒有出現公司倒閉的情況，核心管理團隊依然堅守崗位，公司在尋求重組。”2017年6月，京微雅格留守人員成立“京微齊力（齊力科技）”，原公司以存續的狀態繼續維持著，同時將其所有產品、技術等全部獨家授權給現公司使用。京微齊力內部目前正在用自己的小規模容量的FPGA產品做一些簡單的AI應用。除了繼續銷售原有的FPGA芯片之外，正在研發新一代面向人工智能/智能制造等應用領域的AiPGA芯片、異構計算HPA芯片、嵌入式可編程eFPGA IP核，產品市場將涵蓋云端服務器、物聯網、消費類智能終端以及國家通信/工業/電力/軍用/醫療等核心基礎設施。這或許可以稱為京微雅格的一種延續。復旦微電子/復旦微電子學院上海復旦微電子集團股份有限公司是國內從事超大規模集成電路設計、開發和提供系統解決方案的專業公司，而復旦微電子學院應該算國內比較少的自主研發FPGA的研究機構。復旦微電子也有FPGA產品，估計和復旦微電子學院的FPGA是同源的。不過它家的東西是只供應軍方的，但是軍方有多少東西在用就不得而知了。另一方面，猜想軍方不想讓別人知道這個FPGA有沒有什么缺陷，所以不允許其公開銷售。兩家已經展開合作，其自主可控的FPGA器件與配套軟件系統取得重要突破，與復旦微電子集團股份有限公司緊密合作建立了“FPGA創新團隊”，協同加大力度攻關千萬門級FPGA器件的技術難題。華微電子成都華微電子科技有限公司是國家"909"工程集成電路設計公司和國家首批認證的集成電路設計企業，隸屬于中國電子信息產業集團，由中國華大集成電路設計有限責任公司、成都成電大學科技園有限公司、成都創新風險投資有限公司、成都華微員工團隊四家股東共同投資創辦。其第四代 FPGA 產品采用 90nm 工藝代表國內最高水平，目前已大規模應用于各軍工企業和研究所。2017年，其600萬門級FPGA成功實現在國家保密通訊交換機上的商業化應用，完成了千萬門級FPGA研發，在高端FPGA領域形成國產化替代能力，保障了國家重點工程需求；其7000萬門級FPGA項目成功獲批國家“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品”項目。中電58所中國電子科技集團公司第五十八研究所，是超大規模集成電路研究、開發、生產的國家重點骨干研究所。研究所位于風景秀麗的無錫太湖之濱，全所現有職工800余名，研究所以數字集成電路研究開發為主，擁有集成電路設計、制版、工藝、測試、封裝及可靠性的完整配套能力，通過了ISO9001-2000質量管理體系認證，創造過我國集成電路發展各個階段的領先水平。近年來開發完成了DSP、MCU、AD/DA、E2PROM、嵌入式ASIC等上百個品種集成電路，擁有完整的0.5～1.2um的ASIC設計庫，可進行0.18um以上的ASIC、0.35um以上的CMOS、1.2um以上的BiCMOS、0.8～1.5um的CDMOS等產品的設計開發。具備研發、生產百萬門級實用化ASIC能力。航天772所由于保密原因，沒能收集到更多資料。但是可以明確的一點是，現在中國航天航空級FPGA芯片供貨大戶之一就是772所。772所從2002年開始從事高可靠的FPGA設計、封裝、測試及可靠性評估工作，目前已形成一直專業從事高可靠應用的FPGA研制團隊，在高可靠和高等級FPGA和PROM設計、封裝、測試及應用等方面形成自主核心技術及系列產品，實現了中國自己的“航天百變芯”。高云半導體廣東高云半導體科技股份有限公司于2014年1月在創立。公司以國產FPGA研發與產業化為核心，旨在推出具有核心自主知識產權的民族品牌FPGA 芯片，提供集設計軟件、IP核、參照設計、開發板、定制服務等一體化完整解決方案的民營高科技公司。2016年已完成中低密度的產品布局。目前高云半導體產品有2個家族、4個系列、 11個型號、50+種封裝的芯片，EDA開發軟件持續改進已更新至1.7.9版本。

高云產品研發路線高云FPGA產品分“小蜜蜂家族”和“晨熙家族”，以55nm級別以上的FPGA芯片為主導產品，定位中高端和中等規模的FPGA芯片。其中晨熙家族產品屬于中密度FPGA代表，采用55nm SRAM制造工藝，包括GW2A-55、GW2A-18、GW2AR-18三個型號，產品廣泛應用于通信網絡、工業控制、工業視頻、服務器、消費電子等領域。另一個小蜜蜂家族產品主要面向低密度FPGA市場，采用55nm嵌入式Flash+SRAM制造工藝，該家族包含GW1N、GW1NR兩個系列，除了可滿足傳統通信、工業控制、視頻監控等領域的應用需求外，還為消費類行業客戶提供了更多的選擇。安路科技上海安路信息科技有限公司成立于2011年，專注于為客戶提供高性價比的可編程邏輯器件（FPGA）、可編程系統級芯片（SOC）、定制化可編程芯片、及相關軟件設計工具和創新系統解決方案。公司的創始人及核心運營團隊由來自世界著名的FPGA公司和EDA公司的海內外高級技術、運營管理人才，以及學術界資深FPGA專家組成，從業經驗均超過10年。安路科技 ELF2M4500 SOC FPGA 安路科技于2015年推出其第一代FPGA AL3-10，目前已形成“Elf（精靈）系列CPLD、Eagle（獵鷹）系列低成本FPGA、Phoenix （鳳凰）系列高性能FPGA、集成處理器SOC FPGA、千萬門級FPGA IP”等三個系列二十余款芯片產品，成功量產，并進入了視頻顯示、通信接入、工業控制、金融機具等多個行業。2017年5月，安路科技獲華大半導體投資，為其向更復雜技術、更先進工藝制程發展提供資金和平臺支撐。2017年10月，安路科技針對工業控制、視頻橋接、接口擴展、IOT應用和通信等市場，推出了第二代“小精靈”ELF2系列高性能、微安級低功耗FPGA，以及相應的配套開發軟件。ELF2系列芯片可廣泛應用于伺服驅動、工業控制、國防軍工、物聯網、通信接入等多個領域。作為擁有軟、硬件完全知識產權的國產可編程邏輯器件， ELF2的量產將進一步推動國產FPGA市場成長，打破國外長期壟斷的局面。西安智多晶西安智多晶微電子有限公司成立于2012年11月，是由海外留學生歸國創設的高科技企業。智多晶微電子專心致力于成為中國第一大可編程邏輯電路（FPGA與CPLD）集成電路制造和應用供應商。

智多晶 HqFpga設計流程圖智多晶緊緊抓住可編程邏輯電路器件研發的技術核心，在LED驅動、高端醫療、智能儀表、工業控制等四大應用領域研發創新并推出相關產品，提供高質量，低功耗，低成本，馬上可投入量產的系統集成解決方案。現有產品Seagull 1000系列、sealion2000系列及在研seal 5000系列，并于2017年11月公布了其自主研發的HqFpgaTM RTL-to-FPGA全流程FPGA實現平臺。上海遨格芯上海遨格芯微電子有限公司(AGM)成立于2012年，是國內領先的以可編程邏輯技術為基礎, 提供應用市場SoC芯片的半導體集成電路無生產線設計公司。由來自美國硅谷知名可編程邏輯 SoC 企業的團隊和國內資深工程團隊創辦。遨格芯是以開發自主產權的編譯軟件開始，兼容切入現有FPGA軟件的生態鏈。看到智能手機風口的AGM也不失時機出了一款用于智能手機和loT的FPGA芯片，在助力客戶逐漸退出低端市場之時，把握住機會，通過價格優勢搶奪低端市場。通過最近幾年的不斷地產品迭代和市場擴展，AGM悄悄地積累了比較穩定的客戶，產品線也開始豐富起來，成為了國內FPGA的一批發展迅猛的黑馬。目前，遨格芯提供了國產銷量領先并最齊全的中低端FPGA產品線和高性能應用SoC產品。以上這些廠商，在絕對壟斷下，靠自主研發與技術積累，突破了重重專利壁壘，從而解決了國內自主FPGA從無到有的問題。然而，無法忽視一點是，國產FPGA基本分布在中低端市場，大多是一些1000萬門級左右的FPGA，少數達到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發的，但大多是逆向工程的產物，或商業收購的結果，比如京微雅閣就依靠美國CSwitch公司開發出具有自主知識產權的Tile架構。在對性能要求更高的應用場合，自主FPGA依然很難替代XILINX和Intel（Altera）的產品。