【摘要】在數(shù)字化浪潮中，F(xiàn)PGA以其靈活性和可編程性在芯片界異軍突起。

面對國際競爭和市場風(fēng)云變幻，5G和AI需求促生了FPGA的爆火。

但洶涌澎湃的國產(chǎn)化浪潮背后，中低端市場技術(shù)差距、仍需完善的生態(tài)系統(tǒng)、尚需補充的人才力量，都給各家壓上了更多的任務(wù)。

以下是正文：

1984年，賽靈思發(fā)明世界首款FPGA芯片的同時，復(fù)旦大學(xué)國產(chǎn)FPGA研究組的一位教授心里已經(jīng)有了“利用存儲單元對硬件電路進(jìn)行編程配置”的設(shè)想。

這一想法后來曾匯報給當(dāng)時的電子部主管領(lǐng)導(dǎo)。

2011年，當(dāng)FPGA芯片在國內(nèi)剛剛興起之際，這位童家榕教授與章開和、劉凱一同創(chuàng)辦了安路科技，繼續(xù)專注于FPGA研究。

時至今日，隨著5G和AI的推動，F(xiàn)PGA需求再次猛漲。

一般情況下，芯片用量需要達(dá)到10萬片以上，這樣開發(fā)ASIC才能夠有價值。但在邊緣AI領(lǐng)域，大部分市場都達(dá)不到這個芯片用量。

這部分需求促生了FPGA的爆火，通過對FPGA編程，F(xiàn)PGA能夠執(zhí)行ASIC可執(zhí)行的任何邏輯功能，且無需等待三個月至一年的芯片流片周期。

盡管美國三巨頭Xilinx（AMD收購）、Altera（Intel收購）、Lattice仍主導(dǎo)八成以上的市場份額，F(xiàn)PGA仍在汽車、數(shù)據(jù)中心、5G通信和工業(yè)領(lǐng)域給出越來越多的想象空間。

01

FPGA：芯片領(lǐng)域中的可編程先鋒

按照功能，邏輯芯片可分為四類，即通用處理器芯片（包含中央處理芯片CPU、圖形處理芯片GPU、數(shù)字信號處理芯片DSP等）、存儲器芯片（Memory）、專用集成電路芯片（ASIC）和現(xiàn)場可編程邏輯陣列芯片（FPGA）。

相較于CPU、GPU來看，F(xiàn)PGA知名度較小，其屬于邏輯芯片大類。

與其他三類集成電路相比，F(xiàn)PGA芯片的最大特點是現(xiàn)場可編程性。CPU、GPU、DSP、ASIC芯片在制造完成后，功能就已固定，無法進(jìn)行任何修改。

現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）芯片，顧名思義，用戶可以借助專用的電子設(shè)計自動化（EDA）軟件，根據(jù)實際需求，設(shè)計并配置芯片的功能。每顆FPGA芯片都可以通過多次編程，靈活地變換功能，從而實現(xiàn)不同的功能。

據(jù) Frost&Sullivan 預(yù)測，2025年全球FPGA市場規(guī)模將超過125億美元，國內(nèi)市場規(guī)模將從 2022年的208.8億人民幣提升至2025年的332.2億人民幣，三年后CAGR可達(dá)到約17%。

目前，國內(nèi)FPGA 廠商雖在技術(shù)實力、產(chǎn)品性能及市場份額等方面與國際巨頭尚有一定差距，但近年來的發(fā)展勢頭不容小覷，主要參與者有紫光同創(chuàng)、安路科技、復(fù)旦微電等。

從下游應(yīng)用看，目前國內(nèi)FPGA企業(yè)主要集中于中低端市場耕耘與拓展階段，最高端的 FPGA 兩大領(lǐng)域——原型驗證、數(shù)據(jù)中心加速計算仍未有國產(chǎn)FPGA 能夠進(jìn)入。

但價格是國產(chǎn) FPGA 產(chǎn)品的一大優(yōu)勢，需求供應(yīng)鏈安全的客戶能夠看到更具性價比的選擇本就是好事，尤其在當(dāng)下集中猛攻的中低端市場，可以有效降低客戶的采購成本和使用成本。

除此之外，國產(chǎn)廠商大多可以根據(jù)客戶的特定需求，提供定制化的產(chǎn)品和解決方案，這一點對于快速解決在產(chǎn)品開發(fā)和使用過程中遇到的問題、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期都至關(guān)重要。

涵蓋紫光同創(chuàng)、安路科技、復(fù)旦微電在內(nèi)的一眾國內(nèi)FPGA企業(yè)，盡管仍處于中低端市場耕耘與拓展階段，但受益于國內(nèi)FPGA芯片下游市場需求的穩(wěn)健增長和國產(chǎn)替代趨勢，公司前景仍然向好。

02

性能與效率的國產(chǎn)路徑

FPGA數(shù)十年的發(fā)展歷程中，國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)由于起步較晚，曾長期以“追隨者”的姿態(tài)研發(fā)和規(guī)劃產(chǎn)品，差異化創(chuàng)新并不多見。

近年來，邊緣計算促生需求的大背景下，國產(chǎn)FPGA今年在客戶需求上下了不少功夫。

舉例而言，今年7月8日，安路科技正式對外發(fā)布PH1P系列新產(chǎn)品，圍繞“芯片+EDA+IP”FPGA功能實現(xiàn)鏈路進(jìn)行了全方位的定義。

芯片性能和效率上，PH1P系列的部分型號內(nèi)置了RISC-V內(nèi)核的MCU，在工業(yè)控制領(lǐng)域顯著優(yōu)化了邏輯資源的使用，提升了方案的開發(fā)效率和性價比。

以PH1P-35器件瞄準(zhǔn)的LED顯示應(yīng)用為例，在構(gòu)建相關(guān)應(yīng)用時，用戶可以將控制協(xié)議處理、芯片驅(qū)動寄存器映射、校正數(shù)據(jù)點重映射與遷移等任務(wù)交由MCU全權(quán)處理，而不必再耗費邏輯資源進(jìn)行開發(fā)。

IP資源上，PH1P系列搭載了不少安路科技長期積累的成熟IP方案，涵蓋多個行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)。

此外，按照安路科技研發(fā)部副總經(jīng)理謝丁的說法，PH1P-35、PH1P-50和PH1P-100三款器件均有明確的市場定位。

PH1P-35專為LED顯示、視頻處理、機(jī)器視覺等領(lǐng)域的客戶痛點設(shè)計，針對功能需求和系統(tǒng)帶寬，提供了大容量內(nèi)存和高速接口帶寬的解決方案。

PH1P-50和PH1P-100則兼容主流應(yīng)用方案，但提供了更具性價比的功能體驗：在競品已有的IP基礎(chǔ)上，安路科技提供更大帶寬或更高容量的方案；而在競品未涵蓋的IP方面，如MIPI協(xié)議硬核，安路科技深度挖掘客戶需求，將這些創(chuàng)新IP融入產(chǎn)品，賦能終端方案的創(chuàng)新。

EDA工具上，安路科技為PH1P系列提供完備的開發(fā)資源支持，包括FPGA EDA工具、SoC集成開發(fā)環(huán)境和demo板等。

此外，針對PH1P系列中集成MCU內(nèi)核的型號，安路科技提供了TD和FD兩款開發(fā)軟件。TD軟件是安路科技自主研發(fā)的開發(fā)工具，專門用于PH1P系列的邏輯開發(fā)。使用TD軟件，用戶可以輕松完成從邏輯設(shè)計到優(yōu)化的全過程，最后生成適配目標(biāo)芯片的文件。FD軟件是安路科技自主開發(fā)的面向FPSoC和FPGA內(nèi)嵌MCU的集成開發(fā)環(huán)境。

其他業(yè)內(nèi)廠商如紫光同創(chuàng)，其Logos 系列同樣主打高性價比，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、通信、消費類等領(lǐng)域，Compact 系列 CPLD 產(chǎn)品，主打低功耗、低成本，適用于系統(tǒng)配置、接口擴(kuò)展和橋接等應(yīng)用需求。復(fù)旦微同樣在低功耗MCU領(lǐng)域從2013年就開始深耕。

考慮到國內(nèi)智能化趨勢迫在眉睫，未來至少5年內(nèi)，F(xiàn)PGA國產(chǎn)替代可能都將走一條熟悉的、按照性價比標(biāo)準(zhǔn)替代的定制化需求之路。

03

挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

當(dāng)然，盡管有著明確的目標(biāo)和不斷積累的市場推動力，國產(chǎn)FPGA仍不可避免的面臨諸多挑戰(zhàn)。

FPGA生命周期一般只有10～15年，快速迭代的特征使其收入往往在第4-5年時達(dá)到高峰，60%收入在前6年發(fā)生，隨后是量價齊跌的市場。

因此，市場玩家必須搶占制程的“制高點”，否則往往無法取得足夠的收入以支撐下一代產(chǎn)品的開發(fā)。

目前全球容量最大的FPGA為Xilinx在2023年6月27日推出的VP1902，邏輯單元數(shù)高達(dá)18,507k，中國大陸容量<500K，這方面，國產(chǎn)廠商與海外巨頭仍存在較大差距。

此外，從毛利率看，目前國產(chǎn) FPGA 集中于在消費電子領(lǐng)域進(jìn)行中低容量的替代，相比大容量 FPGA 市場的進(jìn)入壁壘相對較低，也出現(xiàn)了一定程度的“內(nèi)卷”，典型毛利率在 35%-40%之間。

而 Xilinx 在高端 FPGA 市場競爭優(yōu)勢突出，近 10 年毛利率基本維持在 65%以上，近 3 年更是接近 70%。

這也意味著包括安路科技等在內(nèi)的諸多企業(yè)都面臨盈利能力的不確定性。

據(jù)安路科技財報，公司主要從事FPGA、FPSoC芯片以及專用EDA軟件等產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計和銷售，但其市盈率顯示虧損，意味著短期內(nèi)盈利能力較為薄弱。

除此之外，F(xiàn)PGA 的生態(tài)系統(tǒng)包括 EDA 工具、IP 核、開發(fā)板等多個方面。

國產(chǎn) FPGA 的生態(tài)系統(tǒng)相對不夠完善，EDA 工具都尚且在發(fā)育周期中，可用的 IP 核資源也相對較少，這都會影響了國產(chǎn) FPGA 、甚至是特定企業(yè)的開發(fā)效率和應(yīng)用范圍，也必將成為各家下一步競爭的高地?；诖耍瑯I(yè)內(nèi)生態(tài)的綁定或自研迫在眉睫。

與此同時，國內(nèi) FPGA 人才供應(yīng)相對不足，尤其是中高端人才仍然匱乏。

當(dāng)下的FPGA實際處在一個充滿挑戰(zhàn)與機(jī)遇的十字路口，中低端市場替代的反面，內(nèi)卷與掣肘的技術(shù)難題才是后續(xù)的核心關(guān)注點。

04

尾聲

集成電路行業(yè)本就具有明顯的周期性特點。

在經(jīng)歷了長時間的高庫存、低需求、投資減少以及產(chǎn)能調(diào)整后，隨著新一代通信技術(shù)、人工智能與先進(jìn)計算、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等領(lǐng)域的快速發(fā)展，行業(yè)有望逐步迎來復(fù)蘇。

這其中，F(xiàn)PGA國產(chǎn)化則乘著5G和AI的東風(fēng)發(fā)展起來，但洶涌澎湃的國產(chǎn)化浪潮背后，掘金者們肩上的任務(wù)仍有很多。