国产化率仅4%，中国FPGA厂商在这些领域发力！

根据MRFR统计，2019年全球 FPGA 市场规模约为69亿美元。在5G和AI的推动下，2025年市场规模有望达到125亿美元，年复合增长率为10.22%。其中亚太地区是重要的增量市场，随着新兴建设应用的逐步展开，2025 年市场规模将达到近55亿美元。



2018年Xilinx和Altera分别占据全球市场56%和31%。在中国FPGA市场中，占比达52%和28%。国内FPGA市场大约120亿，其中民用市场100亿，FPGA市场国产率约为4%。
 

 
面对这样的现状，国产FPGA厂商纷纷加快了技术研发和市场步伐。在最近，由电子发烧友网主办的“国产FPGA芯片在细分领域有哪些发展？”的线上视频直播活动中，来自高云半导体、紫光同创、京微齐力的专家们对当前国产FPGA的现状与发展做出了很好的分析与讨论。

近两年国产FPGA进展快速

FPGA主要有五大类应用，分别是通信、工业、消费、汽车和数据中心。国产FPGA厂商在中低密度FPGA应用上取得了突破。高云半导体市场副总裁兼中国区销售总监黄俊谈到，国产厂商在通信、工控、汽车、消费类等各行各业已经实现渗透，但每个市场的出货比重仍然偏少。
 

图：高云半导体市场副总裁兼中国区销售总监黄俊

 
紫光同创市场总监吕喆表示，国产FPGA这两年发展较快，在55纳米和40纳米两个工艺平台出货量较大，接下来还需要加快先进工艺平台的投入和布局，促进国产FPGA在数据中心、高性能计算、AI等应用市场的增长。
 
京微齐力产品与应用支持部总监倘余清认为，从逻辑资源角度，国产厂商主要在CPLD、25k逻辑资源以下的市场有大批量的出货。并且也有大客户导入设计。京微齐力主要投入在40纳米工艺，55纳米投入不多。未来40纳米和28纳米在中低端替代上空间巨大，京微齐力在50K-100K逻辑资源以内进行突破。
 
除了上述三家国产FPGA厂商之外，还有安路科技、西安智多晶、复旦微电子等国内厂商，他们都在近几年呈现了较快的发展。
 
尤其在中兴、华为事件之后，在加速供应链本土化的进程中，国产芯片厂商得到了终端客户积极地接纳，获得了更快速地成长机会。

加速发展，但弯道超车难度较大

FPGA巨头XILINX在30年代发明了FPGA芯片，无论从发展时间、专利数量、市场份额等方面国外几家厂商都处于领先地位。那么国内FPGA厂商的差距有多大，有机会弯道超车吗？
 
三位嘉宾从工艺、软件、人才、供应链和生态几个方面分析了国产FPGA厂商的现状。
 
吕喆认为，FPGA的核心专利大部分掌握在国外厂商手中，在核心专利没有过期的情况下，要绕开这些专利，不仅要加大研发投入，还要因此付出更多的成本，消耗更大的芯片面积和功耗，这实际上制约了FPGA初创公司的发展。

图：紫光同创市场总监吕喆 

再看研发投入，XILINX每年研发投入占销售额的20%，2019年差不多7亿美金，其产品系列非常多，涵盖6大产品系列上百种产品，这些投入也是国产厂商所不具备的。紫光同创目前拥有3大产品家族共5个产品系列，覆盖3个工艺平台，已上市近30种产品型号，是目前产品品类最丰富的国产FPGA厂商。供应链的配套方面，从晶圆代工到封测，国内产业仍比较欠缺。另外，FPGA的高端人才大多聚集在北美，国内人才缺失也是一大问题。生态应用端，与下游应用厂商的合作也相对落后。为此，国内FPGA产业需要有“换道”的意识，除了在传统FPGA器件领域布局之外，还需要加大创新架构、细分市场的投入。从应用端需求出发，开发差异化的产品，才能提升竞争力。
 
倘余清补充道，从专利角度看，FPGA的专利分为核心与非核心专利，XILINX拥有最多的专利，其核心专利约有500-800件。国内厂商要在基本逻辑结构、DSP结构、BLOCK RAM等方面申请一些必要的专利，这对今后公司做大做强，乃至上市都至关重要。因为若前期积累不够，往后的代价会更大。
 
“如果说工艺迭代可以用资金来解决，那么用于FPGA的EDA软件迭代更重要，国内也更欠缺。”黄俊表示，EDA软件的提升一方面需求终端客户的使用配合，加速迭代，另一方面也需要EDA软件人才，这一块的人才非常缺失。
 
在多方面都落后和不足的情况下，要实现弯道超车，三位嘉宾均表示至少在近几年都无法实现。特别是越发展到中高密度逻辑容量，无论硬件还是软件方面难度都比较大。目前国产FPGA厂商可以增量市场入手，寻找差异化竞争，这或许是某种角度理解的“弯道超车”。

国产替代，优势有哪些？

工程师认知大幅提升，本地化支持更贴近用户
 
国产FPGA虽说起步晚，但如今的市场接纳程度也迎来了最好的时候。黄俊谈及，十多年前国内工程师甚至还不懂得FPGA，推广相当吃力。也幸好有这十多年的积累，中国市场FPGA的用户数量、工程师的认知基础都有了极大的提升。中国作为最重要的应用市场，推广速度、迭代速度都非常迅速。
 
国内厂商拥有的本地支持的优势也是工程师们认可的一个因素。在中兴华为事件后，国内许多细分市场的龙头企业加速了对国产FPGA的导入，这一类客户，国内厂商先从小项目开始导入。面对一些新兴市场，通过提供解决方案获得客户认可。黄俊表示，这类客户，我们帮助其完成整个方案设计，加强支持力度，及时响应要求，加强FAE和AE团队，从而进行渗透。
 
在培育市场前期，可以通过举办设计竞赛等活动拉近与电子工程师的距离，吕喆提到，紫光同创为此做了两个大学生设计竞赛活动，并提供入门级学习型开发板等，方便初学者、爱好者进行学习开发。
 
另外，倘余清表示，客户看中器件带来的功耗、成本和性能三者的平衡，尤其是功耗，国产芯片若能为客户提供更好的功耗优化，不断在产品细节上发力，会更容易得到客户的认可。

图：京微齐力产品与应用支持部总监倘余清

供应有保障，更注重供应质量
 
黄俊分析道，FPGA的供货主要分为晶圆代工和封装测试两个时间周期，通常晶圆代工厂的供货周期为三到四个月，封测厂一个多月，因此，从投片到芯片出货基本上需要半年时间。那么，FPGA厂商一般会备有一定的库存。FPGA芯片经历从十万片到上千万片的量产，芯片质量经过不同阶段的量产迭代，已经能够保证其产品批量质量。
 
FPGA芯片的出货量与存储芯片、CPU等相距甚远，达到千万量级已经是不错的水准。吕喆表示，国产FPGA芯片经过送样到客户批量的整个过程会对芯片质量进行大量的验证和调试，尤其大客户对芯片质量要求更加严格，而这一系列过程国产芯片都能够做到良好的质量把握。
 
由于目前国内FPGA芯片的逻辑容量还不大，集中在25K至50K以内，因此整个测试成本占比不大。倘余清认为，随着逻辑容量的增加，国内厂商需要找到更高效的测试方法，这是把控芯片质量的一个重要因素。例如可以通过增加芯片的冗余来增强产品的可靠性。
 
因此，国产FPGA的供应无论从数量还是质量上来看，都能够满足所需，良好的出货和品质管控也为日后的市场拓展提供更好的经验支持。
 
国产FPGA芯片助力新兴应用
 
5G+AI被认为是国产FPGA发展的机遇，然而这个机会点也是所有FPGA厂商的机会，作为国内厂商还是要立足于目前芯片能够覆盖到的相关应用去拓展。
 
吕喆说，5G对国产厂商必定是增量市场，尤其是越靠近终端设备的数量多，小基站数量多。不过，越往核心网、骨干网发展，对芯片规模、SERDES的要求更高，这一类高端FPGA的应用目前国产厂商暂时无法覆盖。在低端的，与5G相关的通信设备里抓一些增量市场比较可行。AI应用上，FPGA由于实时性好，并行运算能力强，主要应用于边缘端和云端AI的推断，受限于功耗和尺寸，在手持终端上的应用不会太多。对于这些新兴应用市场，紫光同创都有所布局。
 
在5G高端应用上，国产芯片厂商暂时在一到三年恐怕都不一定能够突破，主要还是在数据量要求不高的中低端应用市场。基于这个判断，倘余清建议国内厂商可针对性地做优化，根据技术特点找到细分市场机会。例如在图像AI领域，通过逻辑资源和DRAM方面的优化切入。
 
在CPLD、10K以内小容量的市场，国产厂商在5G通信设备层面拥有较多的替代机会，黄俊表示国内厂商在通信设备市场的导入近几年发展较快，另一个机会是5G覆盖到的很多应用场景，例如沉浸式体验类的VR/AR，会随着5G的到来出现新的机会，国内厂商在芯片尺寸、功耗、性能等方面持续优化，将能够争取到这样的机会。AI方面，高云推出了入门级加速器，包括软核处理器或硬化的Arm Cortex-M3处理器，将嵌入式处理器及FPGA加速器结合，用于图像识别等应用。

客户开案多，下半年到明年，国产FPGA乐观向上

出乎意料的是，今年初以来的新冠疫情，对于FPGA行业来说并没有太多的影响。三位嘉宾对今年下半年到明年的发展形势都比较乐观。
 
原因是，上半年许多客户都在紧锣密鼓地进行新的产品设计，这些需求将在下半年甚至明年得到释放。另外，疫情以来，在测温仪、口罩机等市场FPGA厂商适时切入到这些抗疫相关的产品市场，获得增长。还有，5G建设加速，也提振了行业信心，加快了FPGA的市场步伐。
 
整体看，随着中低端产品继续向各类应用市场渗透，FPGA芯片走向中高端是发展趋势，那么28纳米国产FPGA芯片就进入到了关键时刻，这方面还需要国产FPGA芯片厂商继续努力突破。
 
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