國產fpga的機遇（國產FPGA進擊之路抓準）

2023-10-09 06:25:09

結合MRFR和Frost&Sullivan的預測，到2025年全球FPGA市場規模或超125億美元，2021年-2025年實現16.4%的複合增速。而中國FPGA市場規模增長高於世界水平，預計中國FPGA市場從2021年的160億人民幣規模上升至2025年的500億規模，複合增速約25%。

那麼2022年全球FPGA產業趨勢如何？國產FPGA企業又將從哪些方面努力實現後來居上？《國際電子商情》綜合數家國產FPGA廠家的公開資料和代表人發言，來窺探國產FPGA的進擊之路。

海內外FPGA產業的優劣分析

因為世界首款FPGA晶片由Xilinx在1985年發明，所以對於中國市場來說，FPGA無疑是一種「舶來技術」。由此，海外FPGA產業在發展歷史、技術研發、生態建設、智慧財產權、供應鏈關係等方面擁有絕對的優勢。

(一)時間上，海外FPGA產業經歷了三個階段：誕生、成長、爆發，而中國FPGA產業正處於高速成長的第二階段。

1.海外FPGA產業發展階段：

1.0階段「萌芽」( 20世紀80到90年代)。早在上世紀70年代，就有不同公司推出自己的PLD器件(Programmable Logic Device，可編程邏輯器件)，這類器件是基於可編程或陳列結構，採用反熔絲和EPROM，燒寫非常複雜。直到1985年，Xilinx發布了第一款FPGA器件(Field-programmable gate array，現場可編程邏輯門陣列)——XC2064，劃時代地使用了LUT結構的宏單元和可輕易擦寫的SRAM結構，標誌著FPGA的正式誕生，也奠定了現代FPGA器件的基本技術框架。

不難看出，FPGA和PLD的最大區別在於能否達到「現場可編程」——這也是FPGA晶片的最大特點。無論是CPU、GPU、DSP、Memory還是各類ASIC晶片，在晶片被製造完成之後，其晶片的功能就已被固定，用戶無法對其硬體功能進行任何修改。而FPGA晶片在製造完成後，其功能並未固定，用戶可以根據自己的實際需要，將自己設計的電路通過專用EDA軟體對FPGA晶片進行功能配置，從而將空白的FPGA晶片轉化為具有特定功能的集成電路晶片。由此，高度可定製化的FPGA被稱為「萬能晶片」。

2.0階段「成長」(20世紀90年代到2015年前後)。這一時期裡，海外FPGA供應商大量增加，FPGA技術變得成熟，邏輯規模和封裝技術大幅度提升，單位邏輯資源成本大幅降低，產業規模持續提升，「設計靈活」「上市周期短」「適宜創新」成為FPGA器件的技能標籤。

3.0階段「爆發」(2016至今)。在雲計算大面積應用的背景下，從2016年開始，微軟Azure、亞馬遜AWS、阿里雲的伺服器上都開始部署FPGA加速器用於運算加速。未來數據中心對晶片性能的要求將進一步提高，更多數據中心將採納FPGA晶片方案，這將提高FPGA晶片的需求和價值。

技術上，海外FPGA產品進入SoC FPGA時代，正在向更先進工藝、更高速電路結構、複雜異構SoC系統發展。具體來說，SoC FPGA晶片集成高性能硬核CPU、內存控制器、高寬帶總線、高速收發器等重要硬體資源，同時自身的邏輯單位也可以跑出很高的頻率，滿足了新

興大數據量應用對於高速、高算力、高寬帶的需求，融合了ASIC和FPGA兩方面的優勢。(圖1)

2.中國本土的FPGA產業發展階段：

1. 0 時代「從無到有」(2005年-2016年)。2005年中國本土第一家專業從事正向研發FPGA產品的公司雅格羅技成立。當時本土市場上FPGA廠商只專注於晶片本身，而應用廠商則潛心於應用方案。鑑於此，雅格羅技定義自身是介於兩者之間，不但精於產品技術，而且注重解決方案提供和客戶設計服務。這逐漸成為中國特色的FPGA發展道路。

直到2010年以後，新一批中國FPGA晶片公司開始快速成長。國產FPGA廠商數量呈現爆發式增長，出現了諸如安路科技、智多晶、紫光同創、博微視、高雲半導體、深維科技、遨格芯電子等專注FPGA硬體研發和軟體配套服務的專業廠商。(表1)

2. 0 時代「從有到多、從多到好」( 2017年-2025年)。這一時期裡，5G通信、大數據、雲計算、人工智慧、汽車電子等領域的高速發展，給了FPGA晶片大顯身手的機會。加之美國的技術封鎖，使得本土終端廠商看到了晶片自主化的重要性，國產替代熱潮不減。還有疫情之下2020年-2021年連續兩年的缺貨漲價大潮，FPGA廠商國產替代恰逢其時。

3.0時代「從好到強」(2025年以後)。屆時，國產FPGA廠商持續深耕，既在中低端市場打開局面，又向高端市場衝刺，研發新一代面向新興應用的高性能FPGA，發揮自身的貼近市場、靈活服務優勢，形成品牌口碑，進而重塑FPGA競爭格局。

(二)技術水平上，工藝製程與海外先進水平相差兩代以上。

業內皆知，自從1985年FPGA問世以來，FPGA的容量已經提高了一萬倍以上，速度提高了一百倍以上，價格和功耗縮小了一千倍以上。

從製程角度來看，海外龍頭企業已實現了7nm先進位程FPGA晶片的量產。以巨頭為例，Xilinx是7nm Versal出貨，Intel(Altera)是10nm Agilex出貨。其中，Versal系列中只有SoC FPGA，Agilex系列有傳統邏輯FPGA和SoC FPGA兩個系列。而國產FPGA廠商在傳統邏輯FPGA系列的佔比最大，量產晶片主要為55nm及40nm。近年來也有廠商陸續開發28nm器件或已出貨，如紫光同創、高雲半導體、安路科技、智多晶等，復旦微電子正在研發14nm器件。

在SoC FPGA方面，海外龍頭企業已經能大量出貨，例如Xilinx 28nm SoC Zynq系列使用的佔比逐年上升，2020年統計已經佔到Xilinx總出貨量的30%。而國產器件基本是40nm或者55nm以上的工藝產品，性能和功耗相對落後。

在產品布局方面，海外龍頭企業的高端產品邏輯規模可達到3KK。而國產FPGA目前的量產產品仍以100K及以下邏輯規模的晶片為主，中高端產品銷售數量與金額佔比仍較小。需要指出的是，FPGA是個「軟硬並重」的產業，FPGA廠商一方面要立足硬體的邏輯規模和性能，另一方面也要立足配套開發軟體，提供專用EDA軟體來對晶片進行配置。以各家的專用EDA軟體為例，

「自主研發」是第一個門檻。如今市面上主流的FPGA專用EDA軟體都是基於自身FPGA開發軟體技術攻關與工程實踐經驗而開發出來的，擁有完全自主智慧財產權。如海外Xilinx的Vivado、Intel的QuartusII、Lattice的Diamond等，本土的紫光同創的Pango Design Suite、安路科技的TangDynasty等。其次是使用感受上，海外的專用EDA軟體開發時間較長，軟體開發團隊投入也較大，軟體功能、人性化設計等方面相對成熟，平臺資源也更加豐富。這需要本土FPGA廠商意識到軟體工具自主化的重要意義，並逐步加大投入力度，營造簡潔高效的應用設計開發環境。

所以說，國產FPGA道阻且長，只有軟硬體都擁有完全自主智慧財產權才是真正的獨立。

(三)海外陣營「兩大兩小」，國產玩家後勁十足。

從供應廠商角度看，海外FPGA陣營從早前的上百位「玩家」，到現如今的四家主流企業——Xilinx、Altera、Lattice、Actel，競爭格局基本穩定。有趣的是，Intel、AMD兩家CPU大廠先後於2015年、2020年收購Altera和Xilinx，後兩者是FPGA的雙寡頭，合計市場佔有率超過80%。同時，越來越多的國際半導體大廠看好FPGA前景，積極布局加劇市場競爭，例如2021年11月瑞薩電子首次推出FPGA晶片，高調宣布進軍FPGA賽道。

反觀國內FPGA市場，起步較晚的本土廠商經過十多年的技術積累，逐步在5G新應用等領域贏得客戶認可，以貼近客戶、靈活服務的獨特優勢爭取到更多試錯機會，未來不斷契合下遊應用新場景，再加之性價比優勢，國產FPGA大有可為。

資本拓展上，FPGA大廠復旦微電子於2021年8月正式在科創板上市，首日暴漲800%；安路科技作為「國產FPGA晶片第一股」在11月登陸科創板，市值一度超過300億人民幣。此外，成都華微正在備戰科創板，京微齊力也有意謀求上市……這些資本嘗試為本土FPGA產業成長提供新的增長動能。

後疫情時代下，韌性十足的中國電子市場正吸引不少海外FPGA廠商紛至沓來，他們在國內創建本土化公司，同時與本土FPGA廠商合作把市場蛋糕做大。

總體來說，2020年以來國產FPGA作為產業裡的後起之秀，逐漸將FPGA這個誕生於國外的電子技術在中國市場裡發揚光大。

(四) 智慧財產權保護，是國產FPGA發展繞不開的話題！

近年來受國際貿易摩擦進一步升級的影響，下遊客戶對FPGA產品的自主可控要求愈發嚴苛。據智多晶的發言人總結，在拜訪客戶的時候，對方第一件事必定是詢問產品「是否有智慧財產權的風險」，如果FPGA廠商無法證明自己有相關智慧財產權保護，那基本沒有下一步商

談的可能。鑑於此，智多晶認為本土FPGA廠商更需要將自主智慧財產權擺首位，前提和標準是不能侵犯他人的自主智慧財產權，其次是保護好自身的自主智慧財產權，構建企業的「護城河」；同時必須持續創新，真正做到每一塊FPGA肯定是有自主智慧財產權自主創新，才能逐步消除客戶的誤解或擔憂。

京微齊力公司聯合創始人&業務發展總監張偉平告訴《國際電子商情》：「在我看來，技術本身不管它來源於哪裡，最終是為我們所使用，本土FPGA廠商要鑽研的是如何將這種技術轉化成更貼近客戶需求的解決方案，並且擁有自主智慧財產權。」據介紹，京微齊力做了很多自主智慧財產權的工作，走過一段非常艱難的時期，目前公司所有技術、產品、服務都基於中國本土研發和開展，有足夠的自主創新實力。

據觀察，目前國產FPGA廠商在智慧財產權保護上可謂是功力十足。在智慧財產權數量上，安路科技擁有核心技術18項，已取得授權專利57項，其中發明專利46項(截至2021年6月30日)；京微齊力擁有50 項國際專利、200 項發明專利、160 項智慧財產權已獲授；並且均開展了體系化的智慧財產權布局。

(五)供應鏈上，上遊產能供應和下遊分銷渠道要兩手抓。

上遊方面，FPGA企業是典型的Fabless經營模式，專注於集成電路晶片的設計、研發和銷售，至於晶片產業鏈的生產製造、封裝及測試等其他環節，均採用第三方企業代工的方式完成。所以在2020年-2021年部分晶圓廠和委外廠商由於產能不足出現晶圓市場價格和委外加工費用上漲的情況下，全球FPGA廠商均面臨著上遊產能供應緊張的新挑戰。

對此，海外FPGA廠商擁有穩定且大量的訂單，產能話語權相對大一些；而新興的國產FPGA廠商，部分有可能增加向境外供應商採購的難度，甚至可能出現無法採購的極端情形。這需要國產FPGA廠商在穩定上遊產能供應方面多下苦功。

下遊方面，FPGA廠商主要精力與資源聚焦於產品的研發，所以普遍採取經銷與直銷相結合的銷售模式，由經銷商負責對公司的部分客戶進行維護與銷售。相比之下，海外巨頭的分銷渠道優勢略明顯於國產企業；而國內專注於FPGA的專業經銷商數量較少，經銷商隊伍需要持續優化。

安路科技認為，面對重大的經營環境變化，經銷模式可以有效減少公司維護中小型客戶的成本開支，同時降低公司的庫存風險與應收帳款回款風險，有助於公司業務規模的快速擴張。其招股書數據顯示，公司經銷渠道收入從2019年的2986萬元人民幣暴增至2020年的1.15億元，說明其市場戰略是加大力度發展經銷商，依靠擴展經銷渠道來做大營收。

而作為FPGA的新布局者——易靈思更是對產業鏈上下加強合作持完全開放的態度。易靈思(深圳)科技有限公司銷售總監張永慧表示：「我們不介意跟任何的FPGA同行夥伴一起做生態鏈合作，同時也期待RISC-V、IP等廠商以及優秀經銷商的加入，共同孕育FPGA的健康生態。」

國產廠商如何將FPGA發揚光大？

經過上述的分析，貌似國產FPGA的各方面優勢並不突出，為何產業規模增速卻高於全球？

《國際電子商情》認為，原因分為主客觀兩方面：客觀上，多個應用市場進一步刺激市場對FPGA晶片的需求，同時疫情導致海外晶片供應不穩定，使得本土終端廠商給了本土FPGA產品越來越多的試錯機會；主觀上，本土FPGA廠商直面差距、另闢蹊徑，以新興應用市場為牽引，找到發展「甜蜜點」，同時不斷擴充「能力圈」，進行差異化發展，拼的不僅僅是國產替代風口，而是用發展的硬實力紮實走好創新之路。

1.認清自身優勢，找準成長「甜蜜點」。

「甜蜜點」指企業所擅長和精專的領域。目前，海外FPGA廠商已經構築起難以逾越的市場壁壘和技術門檻。Xilinx和Intel(Altera)兩大寡頭主打高端產品，發力汽車電子、數據中心；Lattice面向低成本、低功耗的消費電子市場；Actel專注於軍工、航天、國防等特殊應用市場。在這些既有市場格局下，中國FPGA企業應該認清自身優勢，找準成長賽道(表2)。

首先最早起量的領域是通信，如復旦微電子、成都華微等具有先發優勢，高雲半導體、京微齊力等企業發力於新興的5G通信賽道，競爭相對激烈。

其次是工業領域應用，FPGA晶片大量應用在視頻處理、圖像處理、數控工具機等領域實現信號控制和運算加速功能，湧現了如安路科技、智多晶、遨格芯電子等一批專注工業應用的本土FPGA廠商。

消費電子領域，FPGA晶片可用於智慧型手機、無人機、智能電視、AR/VR設備中。目前國內民品FPGA企業在部分細分領域已經實現了替代Lattice，均取得良好的市場口碑。此外，深維科技、易靈思、菲數科技等一批專注圖像處理和機器視覺應用的本土企業也展露鋒芒。

人工智慧領域是國產FPGA企業布局的重點市場之一，智多晶、紫光同創、高雲半導體、遨格芯電子、京微齊力、菲數科技等均有相關布局。

最後，隨著車聯網技術的發展，汽車行業也將使用FPGA晶片，以構建更完善的車聯網以及實現更智能的自動駕駛功能。雖然海外巨頭企業在汽車FPGA市場中獨佔鰲頭，但近年來也不乏高雲半導體、京微齊力、易靈思、迅矽科技等本土廠商對此深度布局，成為市場「鯰魚」。

值得一提的是，數據中心作為海外FPGA巨頭眼裡的「香餑餑」，近年來也被國產廠商「盯上」，如安路科技、紫光同創、高雲半導體、京微齊力、菲數科技等本土企業正在積極研發相關競品，緊跟行業發展趨勢。

2.推動「能力圈」外移，打開新的成長空間。

「能力圈」指企業的「能力範圍」，是可以通過方法和努力逐漸延展的。

● 方法一：看未來市場熱點，就是做長遠戰略。

由於中國FPGA產業發展策略是結合市場細分需求的變化、靈活探索FPGA研發與應用，那麼FPGA企業掌舵者的戰略眼光和長遠布局，是企業成敗的關鍵元素。

在「未來更看好的細分市場」上，受訪的幾家本土FPGA廠商均不約而同地表示，「看未來市場熱點，就是做長遠戰略，需要和自身的資源所匹配。一方面必須深耕存量市場，鞏固現有競爭優勢，同時不斷探索新興市場，爭取未來多點開花」。

京微齊力張偉平強調，公司以存量市場為主戰場，開展不同的應用探索。比如汽車電子，必定是未來半導體產業的發展趨勢，同樣也是FPGA產業的一個增長點。至於未來還有非常多細分的市場，京微齊力會持續調研，不停地創新各種應用，以此來規劃不同的產品。

在易靈思張永慧看來，熱點市場有三個：有聲有色的應用(如機器視覺與伺服器)，低延遲的應用(如工業控制、自動駕駛)，視頻音頻的市場(如顯示屏輸出、AI識別)。

● 方法二：持續加碼FPGA軟硬體研發。

從技術層面，FPGA技術未來發展的趨勢有五個方面：①高密度、高速度、高頻帶、高保密；②低電壓、低功耗、低成本、低價格；③IP軟/硬核復用、系統集成；④動態可重構以及單片集群；⑤緊密結合應用需求，多元化發展。因此，國產FPGA廠商必須進行前期的大量投資，持續加碼FPGA軟硬體研發。據招股書數據顯示，安路科技和紫光同創2018年-2020年累計研發投入佔比超50%，高於其他晶片行業的水平。

雖然投入極大，但實際的回報可能並不成正比。特別是近三年來Xilinx、Lattice等海外領先廠商擁有接近60%的毛利率，而本土企業毛利率水平在30%左右，差距仍在。

儘管如此，國產FPGA廠商的投資力度不降反增。最直接的方法就是上市融資。2021年11月成功登陸科創板的安路科技就表示：「過去尤其是2017年前融資非常困難。而2021年的IPO募資完成後，我們有信心與國際競爭，至少在資金的使用效率上會保持高競爭水平。」

除了上市融資，國產FPGA企業還可以通過國家資本的扶持、產業內併購重組、企業融資等方式，為持續的技術研發注入「鈔能力」。智多晶認為，未來隨著各家公司的成長，上市、收購、合併等事件一定會愈發頻繁，這是本土產業崛起的必經之路。

● 方法三：培育FPGA高端人才。

FPGA需要軟硬體緊密配合才能真正發揮其性能，對高質量研發人員的需求較高。

在人才培養方面建議從四個層面著手：一是企業內部建立完善的人才培養和儲備體系，貫徹有效的人才激勵機制，形成濃厚的創新文化氛圍。二是加強國內FPGA專業人才培育，鼓勵企業與高校、科研院所協同建設育人實踐平臺；三是大力引進海外高層次人才團隊；四是充分利用國內巨大的市場優勢，吸引海外企業建立合資公司，鼓勵和支持合資企業培養出人才隊伍。

● 方法四：FPGA技術是集大成者，拼的是耐心和毅力。

「做FPGA產業，既是冒險家，也是苦行僧」。這是許多FPGA業者的感慨——既要往返於產業鏈上下遊，往上搶產能、往下做服務；又要埋頭研發，成為冷板凳和耐得住寂寞的人。

對此，國產FPGA企業均制定了各階段的企業發展戰略，一步一個腳印地踏實成長。

以京微齊力為例，公司發展分為積累、快速發展、進入高端市場的三個階段。2005年-2016年是積累階段，公司積累核心專利，量產中小規模M系列、R系列產品，推出EDA軟體工具，產品導入市場，建立核心研發團隊；2017年-2020年是快速發展階段，公司量產中小規模H系列產品，提升EDA軟體工具性能，導入硬體先進工藝，重點突破消費類市場，累計出貨超千萬片；2021年-2023年是進入高端市場階段，公司量產中高端P系列產品，為打造高端異構可編程計算平臺奠定技術基礎，擴充團隊到數百人，盈利高速增長，實現IPO。

無巧不成書。易靈思自創始以來也分為三個戰略：一是技術上完成從零到一的突破；二是找準賽道，堅持長期理念，實現可持續發展；三是提高長期的競爭力，並和市場的發展所匹配，與客戶共同成長。而安路科技將未來規劃分為三個方向：工藝推進至立體FINFET工藝，FPSoC 新品的研發以及更為靈活的發展與科技儲備資金。

綜上所述，國產FPGA廠商已產生拼耐心、拼毅力的產業「覺悟」，繼續腳踏實地、苦練內功。當然，他們也不會忘記放眼全球，心懷走向全球市場的自信和雄心，並時刻準備著……