編者按：自1956年中國將半導體作為國家重要的發(fā)展領域后，今年是第66個年頭。回望66年的發(fā)展，從無到有、從小到大，半導體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了風雨坎坷同時又迸發(fā)出無限的生機。在中國“十四五”提出數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，瞄準集成電路等戰(zhàn)略性領域之際，半導體產(chǎn)業(yè)縱橫推出“國產(chǎn)化進程”系列專題，講述當今中國半導體各領域發(fā)展進程，解析國產(chǎn)化最新態(tài)勢，本期為“國產(chǎn)化進程”專題集成電路篇第四篇文章：FPGA。88oesmc

FPGA，作為一種半定制芯片，具有現(xiàn)場可編程性，非常靈活，可重復使用，特別適合要求物理運算邏輯持續(xù)更迭的應用，例如人工智能算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡通信等。88oesmc

當下，隨著技術的發(fā)展和應用需求不斷提升，F(xiàn)PGA具有更廣闊的發(fā)展空間，特別是5G技術的提升、AI的推進以及汽車自動化的演進，全球FPGA市場規(guī)模將穩(wěn)步提升。據(jù)Market Research Future統(tǒng)計，2018年，全球FPGA市場規(guī)模為63.35億美元，預計2025年將增長至125.21億美元，2018-2025年平均復合增長率為10.22%。88oesmc

中國市場水漲船高，近年來，F(xiàn)PGA市場規(guī)模持續(xù)上升，從2016年的65.5億元人民幣，增長至2020年的150.3億元，年復合增長率為23.1%。據(jù)預測，2025年，中國FPGA市場規(guī)模將提升至332.2億元，2021-2025年的復合增長率為17.1%，高于全球市場。在國產(chǎn)化趨勢下，中國 FPGA市場的增長將為本土廠商提供更多商機。88oesmc

廠商方面，全球FPGA市場被賽靈思（Xilinx，已被AMD收購）和英特爾（收購了Altera）這兩大巨頭把持，市占率合計達87%左右，再加上另外兩強Lattice和MicroChip，這四家美國公司就占據(jù)了全球92%以上的FPGA市場份額。88oesmc

相較于國際大廠，中國本土FPGA廠商整體實力較弱，代表企業(yè)包括復旦微電子、紫光同創(chuàng)（紫光國微持股）、安路科技和高云半導體，另外還有西安智多晶、京微齊力、上海遨格芯和成都華微科技。國內(nèi)廠商以偏低端的CPLD和小規(guī)模FPGA器件為主。88oesmc

中國本土FPGA廠商在技術水平、軟件易用性、市占率等方面都與國際大廠存在較大差距，但隨著我國不斷加大研發(fā)投入和人才培養(yǎng)力度，未來國產(chǎn)FPGA企業(yè)將有望縮小與國際企業(yè)之間的差距。另外，國內(nèi)頭部企業(yè)都有名校背景，如紫光同創(chuàng)背靠清華大學，復旦微電子背靠復旦大學，具備較強的人才資源優(yōu)勢。88oesmc

國產(chǎn)FPGA概況

安路科技、復旦微電子和紫光同創(chuàng)是中國本土FPGA企業(yè)中的佼佼者。最近幾年，借助國家政策和資金支持，以及全行業(yè)國產(chǎn)化加速動能，這三家廠商也加快了追趕國際大廠的步伐。88oesmc

FPGA芯片的現(xiàn)場可編程特性決定了客戶需要FPGA專用EDA軟件來配置芯片實現(xiàn)具體功能，因此，軟件是FPGA產(chǎn)品開發(fā)的關鍵。安路科技自主開發(fā)的軟硬件協(xié)同研發(fā)平臺，實現(xiàn)了以軟件為核心，支持硬件、專用EDA軟件、測試、應用IP和參考方案的協(xié)同設計。在FPGA專用EDA軟件方面，安路科技的TangDynasty是國內(nèi)少數(shù)全流程自主開發(fā)的FPGA專用軟件。88oesmc

在FPGA芯片應用方案方面，安路科技已經(jīng)積累了一批成熟的圖像處理和邏輯接口IP，大幅提升了用戶的應用開發(fā)效率。目前，該公司的28nm制程FPGA已經(jīng)量產(chǎn)，是國內(nèi)首批具有28nm FPGA芯片設計和量產(chǎn)能力的企業(yè)，且已開展FinFET工藝產(chǎn)品預研工作。88oesmc

2021年11月，安路科技在科創(chuàng)板上市，募投資金主要用于新一代FPGA研發(fā)，以及FPSoC系統(tǒng)級芯片研發(fā)項目。近些年，該公司的研發(fā)費用支出占營收比率一直穩(wěn)定在30%以上。88oesmc

在千萬門級FPGA發(fā)展成熟之后，2018年第二季度，復旦微電子推出了采用28nm制程工藝的億門級FPGA產(chǎn)品，開創(chuàng)本土先河，其SerDes傳輸速率最高達13.1Gbps，已向國內(nèi)數(shù)百家客戶發(fā)貨，主要用于5G通信和人工智能等對傳輸速度要求較高的領域。88oesmc

在復旦微電子2018-2021年主營構(gòu)成中，F(xiàn)PGA芯片的收入占比不斷上升，從2018年的11%增至2021年的17%，體現(xiàn)了該公司FPGA隨國產(chǎn)替代不斷放量的趨勢。由于FPGA業(yè)務的技術壁壘較高，高研發(fā)投入帶來的高定價，以及應用領域等因素，2021年，該公司FPGA毛利率達到84.71%，遠高于其他業(yè)務。88oesmc

紫光同創(chuàng)的FPGA在高中低端市場均有布局，如高性能的Titan系列（40nm），以及高性價比的Logos系列（40nm），該公司還有55nm制程工藝的Compact系列CPLD產(chǎn)品。另外，采用28nm制程的千萬門級（4000萬）FPGA量產(chǎn)工作也在推進過程當中。88oesmc

2021上半年，紫光同創(chuàng)實現(xiàn)營收2.35億元人民幣，同比大幅增長103.02%，凈利潤8901萬元，同比增長197.30%，實現(xiàn)扭虧為盈。該公司持續(xù)加大研發(fā)投入，大規(guī)模FPGA研發(fā)進展順利，多款中小規(guī)模FPGA產(chǎn)品逐步成熟，穩(wěn)步上量發(fā)貨，并在視頻圖像處理、工控和消費市場取得了重要進展。另外，紫光同創(chuàng)已初步完成了新一代產(chǎn)品，即可編程系統(tǒng)平臺芯片SoPC的規(guī)劃工作。88oesmc

任重道遠

看完了成績，下面看一下不足與差距。中國本土FPGA廠商在市場規(guī)模、制程工藝、EDA工具、IP等方面，與國際大廠的差距還是很大的。88oesmc

賽靈思、英特爾和Lattice在中國市場的出貨量占比分別為36.6%、25.3%和23.2%，本土廠商安路科技排在第四位，占比僅6%。若以銷售額統(tǒng)計，賽靈思和英特爾兩家的合計占有率超過90%，安路科技排名第四，占比僅1%左右。88oesmc

賽靈思，英特爾，Lattice和MicroChip不僅在硬件設計方面技術領先，它們在高端EDA軟件設計方面也形成了極強的技術壁壘，通過近9000項專利構(gòu)筑了牢固的知識產(chǎn)權(quán)壁壘，研發(fā)相關人才近萬人。88oesmc

FPGA芯片設計階段涉及到很多IP硬核，而在后期編程階段又涉及到很多IP軟核，國外廠商憑借自身高市占率，在客戶應用過程中不斷積累，從而形成了強大的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。88oesmc

相對而言，中國FPGA研發(fā)基礎較為薄弱，由于發(fā)展較晚，中國FPGA研發(fā)人才匱乏，這已成為制約中國FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品升級的主要障礙。88oesmc

產(chǎn)業(yè)鏈方面，中國國產(chǎn)化程度低，特別是EDA和IP，隨說本土FPGA頭部廠商也自研了一些軟件工具，但總體來看，使用的EDA軟件和IP主要由境外企業(yè)提供，Cadence、Synopsys和siemens占據(jù)了主要的市場份額。88oesmc

受制于專利，中國本土企業(yè)在研發(fā)方面也是困難重重。據(jù)統(tǒng)計，賽靈思已申請超過5300項專利，而紫光同創(chuàng)擁有的專利數(shù)僅300余項，差距明顯。由于FPGA核心專利大都掌握在國外廠商手中，在核心專利沒有過期的情況下，要繞開它們，不僅要加大研發(fā)投入，還要消耗更大的芯片面積和功耗。這對FPGA初創(chuàng)公司的發(fā)展非常不利。88oesmc

另外，中國FPGA企業(yè)在門級規(guī)模和制程工藝方面，與國際大廠之間的差距也很明顯。88oesmc

制程工藝方面，以賽靈思為例，其FPGA芯片主流工藝包括28nm、20nm和16nm，7nm制程產(chǎn)品也已發(fā)布。目前，中國本土廠商已發(fā)布的產(chǎn)品只能達到28nm制程。88oesmc

不過，目前市場對28nm及更先進制程FPGA的需求量相對有限。由于28nm-90nm制程區(qū)間內(nèi)的FPGA芯片具有較高的性價比和良率，依然是市場主流。據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計，2019年28nm-90nm制程的FPGA占據(jù)了中國市場63.3%的份額，28nm及更先進制程FPGA占據(jù)了20.9%的市場份額。這一市場格局為國產(chǎn)FPGA的發(fā)展提供了時間。但是，由于先進制程產(chǎn)品具有更低功耗、更小面積和更高性能，預計28nm及更先進制程FPGA芯片將快速發(fā)展，我們還是要抓緊時間。88oesmc

本土幾大廠商在先進制程FPGA的研發(fā)和量產(chǎn)方面也取得了一些成績，以安路科技為例，其55nm制程產(chǎn)品是主要營收來源，28nm制程營收占比在快速提升，該公司在2020年實現(xiàn)了28nm制程PHOENIX1系列產(chǎn)品的量產(chǎn)，28nm產(chǎn)品營收占比持續(xù)提升，2021上半年達到5.11%，較2020年顯著增長。88oesmc

門級規(guī)模方面，賽靈思16nm制程產(chǎn)品達到十億門級，28nm制程產(chǎn)品為億門級。中國本土頭部廠商28nm制程產(chǎn)品的門級規(guī)模剛剛達到億門級。100K門以下邏輯單元芯片為國內(nèi)主要市場。據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計，以銷售額計算，中國市場100K門以下的FPGA芯片占據(jù)了38.2%的市場份額，100K-500K門FPGA占據(jù)了31.7%的市場份額。88oesmc

SerDes速率也有差距，例如，賽靈思16nm制程產(chǎn)品最高支持32.75GbpsX96通道或58GbpsX32通道，安路科技28nm制程產(chǎn)品的SerDes速率僅達到16Gbps。88oesmc

結(jié)語

雖然國際FPGA四大廠把持著絕大部分市場份額，但AMD近些年的CPU市占率和營收躥升告訴我們，只要產(chǎn)品做的對路，性能指標好，一切皆有可能。而且，在國家政策、資金的支持下，以及國產(chǎn)化浪潮的推動下，中國本土FPGA是有很大發(fā)展空間的。88oesmc

目前來看，國產(chǎn)FPGA短期內(nèi)還難以與賽靈思（AMD旗下）和英特爾抗衡，更多地是在爭奪主打中小規(guī)模（門級）、低功耗FPGA的Lattice和MicroChip市場份額，特別是在前景廣闊的汽車和工業(yè)應用市場，更具發(fā)展?jié)摿?，因為這兩大市場對成本很敏感，賽靈思和英特爾的產(chǎn)品受限較多，這給了后來者機會，包括中國本土FPGA廠商。88oesmc

特別是汽車市場，更是一塊大蛋糕，為了爭奪這塊潛力市場，車用MCU領導廠商瑞薩電子于2021年推出了低功耗ForgeFPGA，價格將低于0.5美元。這是瑞薩收購Dialog Semiconductor GreenPAK可編程混合信號器件業(yè)務后推出的，此前，Dialog Semiconductor還與FPGA開發(fā)商Flex Logix合作，將其EFLX平臺集成到包括MCU在內(nèi)的芯片中。88oesmc

這樣看來，在以汽車電子為代表的中小規(guī)模（門級）、低功耗FPGA市場競爭當中，中國本土企業(yè)既有機遇，也要面臨更多競爭和挑戰(zhàn)，還需要不斷提升FPGA研發(fā)能力和生態(tài)建設水平。88oesmc