在高度壟斷的FPGA市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)公司未來也有看點(diǎn)。

撰文/劉雨辰

出品/每日財(cái)報(bào)

集成電路芯片包括數(shù)字芯片和模擬芯片兩大類，數(shù)字芯片可以分為存儲(chǔ)器芯片和邏輯芯片，大家熟知的邏輯芯片一般包括 CPU、GPU、DSP等通用處理器芯片，以及專用集成電路芯片ASIC。今天要介紹的是一種特殊的邏輯芯片——FPGA芯片。

什么是FPGA芯片

FPGA(Field Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，1985年由 Xilinx 創(chuàng)始人之一Ross Freeman發(fā)明。FPGA的誕生時(shí)間晚于摩爾定律約20年，但FPGA自發(fā)明后，發(fā)展之快超乎想象，且目前FPGA已是全球領(lǐng)先的先進(jìn)工藝。

按照官方的解釋，F(xiàn)PGA 是一種在PAL(可編程邏輯陣列)、GAL(通用陣列邏輯)、CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)等傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種半定制電路，主要應(yīng)用于ASIC(專用集成電路)領(lǐng)域，既解決了半定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

FPGA和CPU、GPU、ASIC的芯片等核心區(qū)別是其底層邏輯運(yùn)算單元的連線及邏輯布局未固化，用戶可通過 EDA 軟件對(duì)邏輯單元和開關(guān)陣列編程，進(jìn)行功能配置，從而去實(shí)現(xiàn)特定功能的集成電路芯片。

什么意思？

FPGA芯片可以每隔幾秒就改變芯片上的運(yùn)行硬件設(shè)計(jì)，而像CPU、ASIC等芯片則在出廠的時(shí)候就已經(jīng)固化，無法進(jìn)行改變。如果說ASCI、CPU和GPU等是建好的樓房，樓房中房間、走廊及樓梯等路線方式已經(jīng)固定了，那么FPGA的內(nèi)部就類似霍格沃茲中的魔法樓梯，可以隨時(shí)改變房間到房間的路線關(guān)系。

此外，F(xiàn)PGA不需要像CPU和GPU在軟件應(yīng)用層面的指令系統(tǒng)編譯，對(duì)FPGA進(jìn)行編程是使用硬件描述語言，并直接編譯燒錄為晶體管電路的組合，也就是直接用晶體管電路實(shí)現(xiàn)用戶的算法。

FPGA最大的特點(diǎn)就是靈活，實(shí)現(xiàn)你想實(shí)現(xiàn)的任何數(shù)字電路，可以定制各種電路。減少受制于專用芯片的束縛，真正為自己的產(chǎn)品量身定做，在設(shè)計(jì)的過程中可以靈活的更改設(shè)計(jì)，具有現(xiàn)場(chǎng)可編程性，因此特別適用于需求物理運(yùn)算邏輯需要持續(xù)更迭的應(yīng)用領(lǐng)域，例如人工智能算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)中心應(yīng)用等。

智能電動(dòng)車是未來汽車行業(yè)的主流發(fā)展方向，目前汽車相機(jī)以及傳感器中FPGA的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，在自動(dòng)/智能駕駛汽車的人工智能系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA的適用度將是最為契合的用于處理越來越復(fù)雜的 ADAS和自動(dòng)駕駛。2014年，F(xiàn)PGA芯片的國(guó)際龍頭賽靈思的芯片被14家汽車制造商采用，并設(shè)計(jì)成29款車型，到 2018 年，賽靈思芯片解決方案已擴(kuò)大到29家汽車制造商的111款車型中。

在通信領(lǐng)域，5G通信基站數(shù)量增多，而且單個(gè)基站FPGA用量提升，帶動(dòng) FPGA 需求量增大。根據(jù)測(cè)算，5G單基站FPGA用量有望從4G時(shí)期的1-3塊提升到5G時(shí)期的4-5 塊，5G基站中FPGA價(jià)值量比4G基站多大約1000美元。

根據(jù) MRFR的統(tǒng)計(jì)，2013年全球FPGA的市場(chǎng)規(guī)模在45.63億美元左右，中國(guó) FPGA 芯片市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)上升，從2016年的65.5億元增長(zhǎng)至2020年的 150.3 億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)23.1%。

隨著目前5G時(shí)代的進(jìn)展以及AI的推進(jìn)速度加快，F(xiàn)PGA芯片將加速放量。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步提升至332.2億元，2021-2025 年的復(fù)合增長(zhǎng)率為17.1%，高于全球FPGA市場(chǎng)的10.85%。

誰與爭(zhēng)鋒

根據(jù)MRFR對(duì)于FPGA的下游應(yīng)用地區(qū)分布的統(tǒng)計(jì)，目前最大的市場(chǎng)為亞太地區(qū)，占比達(dá)39.15%，北美占比為33.94%，歐洲占比19.42%，而至2025年，亞太地區(qū)的占比將會(huì)繼續(xù)的提高至43.94%。

但從供給端來看，全球 FPGA市場(chǎng)主要被海外企業(yè)壟斷，2019年，賽靈思和 Altera分別占據(jù)全球 FPGA市場(chǎng)份額的52%和35%，基本壟斷，Lattice和 Microsemi則各占5%的市場(chǎng)份額。

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

中國(guó)芯片廠商在 FPGA 這個(gè)細(xì)分領(lǐng)域和國(guó)外巨頭的差距遠(yuǎn)遠(yuǎn)比其他領(lǐng)域要大，根本原因就是 FPGA技術(shù)門檻非常高，核心技術(shù)只掌握在及其少數(shù)的公司手上。專利是先發(fā)者的獎(jiǎng)賞，也是后來者的詛咒，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前Xilinx和Altera擁有超過6000項(xiàng)專利，對(duì)該行業(yè)的后進(jìn)入者形成了難以跨越的技術(shù)壁壘。

國(guó)內(nèi)的領(lǐng)軍企業(yè)為復(fù)旦微、安路科技和紫光同創(chuàng)。

復(fù)旦微主營(yíng)集成電路設(shè)計(jì)及銷售與集成電路測(cè)試服務(wù)，其中設(shè)計(jì)與銷售的主要產(chǎn)品包括安全與識(shí)別芯片、非揮發(fā)存儲(chǔ)器、智能電表芯片及 FPGA 芯片。公司從2004年就開始進(jìn)行FPGA的研發(fā)，陸續(xù)推出百萬門級(jí)和千萬門級(jí) FPGA。復(fù)旦微是國(guó)內(nèi)最早推出億門級(jí) FPGA 產(chǎn)品的廠商，在2018年發(fā)布了采用28nm工藝制程的億門級(jí) FPGA產(chǎn)品，產(chǎn)品包含700k左右容量的邏輯單元，SerDes模塊最高支持13.1Gbps，并在2019年正式銷售，目前已經(jīng)向國(guó)內(nèi)數(shù)百家客戶發(fā)貨，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)高端 FPGA的空白，目前公司基于28nm工藝制程的FPGA產(chǎn)品已多達(dá)數(shù)十款。

安路科技成立于2011年，公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)為 FPGA 芯片和專用 EDA 軟件的研發(fā)、設(shè)計(jì)。2019年，安路科技FPGA芯片在中國(guó)市場(chǎng)排名第四，在國(guó)產(chǎn)品牌中排名第一，2020年的產(chǎn)品出貨量突破 2000萬顆，F(xiàn)PGA芯片產(chǎn)品已形成以SALPHOENIX 高性能產(chǎn)品系列、SALEAGLE高性價(jià)比產(chǎn)品系列和SALELF低功耗產(chǎn)品系列組成的產(chǎn)品矩陣。

紫光同創(chuàng)是紫光國(guó)微的子公司，過去幾年，公司陸續(xù)推出了采用40nm工藝的 Titan系列高性能FPGA產(chǎn)品、40nm工藝的Logos系列高性價(jià)比FPGA產(chǎn)品、55nm工藝的 Compact系列CPLD產(chǎn)品，覆蓋了高、中、低端市場(chǎng)應(yīng)用需求。

總結(jié)來說，由于5G滲透率提升、AI智能推進(jìn)以及汽車智能化的不斷演進(jìn)，F(xiàn)PGA芯片未來五年勢(shì)必會(huì)迎來加速放量期，盡管國(guó)內(nèi)企業(yè)和世界頂級(jí)企業(yè)還有較大差距，但在國(guó)產(chǎn)替代的核心邏輯下，摘取低處的果實(shí)也足以吃飽，不出意外，安路科技和復(fù)旦微都將先后登陸資本市場(chǎng)，屆時(shí)可以重點(diǎn)關(guān)注。