结合MRFR和Frost&Sullivan的预测，到2025年全球FPGA市场规模或超125亿美元，2021年-2025年实现16.4%的复合增速。而中国FPGA市场规模增长高于世界水平，预计中国FPGA市场从2021年的160亿人民币规模上升至2025年的500亿规模，复合增速约25%。ArOesmc
那么2022年全球FPGA产业趋势如何？国产FPGA企业又将从哪些方面努力实现后来居上？《国际电子商情》综合数家国产FPGA厂家的公开资料和代表人发言，来窥探国产FPGA的进击之路。ArOesmc
海内外FPGA产业的优劣分析
因为世界首款FPGA芯片由Xilinx在1985年发明，所以对于中国市场来说，FPGA无疑是一种“舶来技术”。由此，海外FPGA产业在发展历史、技术研发、生态建设、知识产权、供应链关系等方面拥有绝对的优势。ArOesmc
(一)时间上，海外FPGA产业经历了三个阶段：诞生、成长、爆发，而中国FPGA产业正处于高速成长的第二阶段。ArOesmc
1.海外FPGA产业发展阶段：ArOesmc
1.0阶段“萌芽”( 20世纪80到90年代)。早在上世纪70年代，就有不同公司推出自己的PLD器件(Programmable Logic Device，可编程逻辑器件)，这类器件是基于可编程或陈列结构，采用反熔丝和EPROM，烧写非常复杂。直到1985年，Xilinx发布了第一款FPGA器件(Field-programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)——XC2064，划时代地使用了LUT结构的宏单元和可轻易擦写的SRAM结构，标志着FPGA的正式诞生，也奠定了现代FPGA器件的基本技术框架。ArOesmc
不难看出，FPGA和PLD的最大区别在于能否达到“现场可编程”——这也是FPGA芯片的最大特点。无论是CPU、GPU、DSP、Memory还是各类ASIC芯片，在芯片被制造完成之后，其芯片的功能就已被固定，用户无法对其硬件功能进行任何修改。而FPGA芯片在制造完成后，其功能并未固定，用户可以根据自己的实际需要，将自己设计的电路通过专用EDA软件对FPGA芯片进行功能配置，从而将空白的FPGA芯片转化为具有特定功能的集成电路芯片。由此，高度可定制化的FPGA被称为“万能芯片”。ArOesmc
2.0阶段“成长”(20世纪90年代到2015年前后)。这一时期里，海外FPGA供应商大量增加，FPGA技术变得成熟，逻辑规模和封装技术大幅度提升，单位逻辑资源成本大幅降低，产业规模持续提升，“设计灵活”“上市周期短”“适宜创新”成为FPGA器件的技能标签。ArOesmc
3.0阶段“爆发”(2016至今)。在云计算大面积应用的背景下，从2016年开始，微软Azure、亚马逊AWS、阿里云的服务器上都开始部署FPGA加速器用于运算加速。未来数据中心对芯片性能的要求将进一步提高，更多数据中心将采纳FPGA芯片方案，这将提高FPGA芯片的需求和价值。ArOesmc
技术上，海外FPGA产品进入SoC FPGA时代，正在向更先进工艺、更高速电路结构、复杂异构SoC系统发展。具体来说，SoC FPGA芯片集成高性能硬核CPU、内存控制器、高宽带总线、高速收发器等重要硬件资源，同时自身的逻辑单位也可以跑出很高的频率，满足了新ArOesmc
兴大数据量应用对于高速、高算力、高宽带的需求，融合了ASIC和FPGA两方面的优势。(图1)ArOesmc
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2.中国本土的FPGA产业发展阶段：ArOesmc
1. 0 时代“从无到有”(2005年-2016年)。2005年中国本土第一家专业从事正向研发FPGA产品的公司雅格罗技成立。当时本土市场上FPGA厂商只专注于芯片本身，而应用厂商则潜心于应用方案。鉴于此，雅格罗技定义自身是介于两者之间，不但精于产品技术，而且注重解决方案提供和客户设计服务。这逐渐成为中国特色的FPGA发展道路。ArOesmc
直到2010年以后，新一批中国FPGA芯片公司开始快速成长。国产FPGA厂商数量呈现爆发式增长，出现了诸如安路科技、智多晶、紫光同创、博微视、高云半导体、深维科技、遨格芯电子等专注FPGA硬件研发和软件配套服务的专业厂商。(表1)ArOesmc
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2. 0 时代“从有到多、从多到好”( 2017年-2025年)。这一时期里，5G通信、大数据、云计算、人工智能、汽车电子等领域的高速发展，给了FPGA芯片大显身手的机会。加之美国的技术封锁，使得本土终端厂商看到了芯片自主化的重要性，本土化热潮不减。还有疫情之下2020年-2021年连续两年的缺货+涨价大潮，FPGA厂商推进替代恰逢其时。ArOesmc
3.0时代“从好到强”(2025年以后)。届时，国产FPGA厂商持续深耕，既在中低端市场打开局面，又向高端市场冲刺，研发新一代面向新兴应用的高性能FPGA，发挥自身的贴近市场、灵活服务优势，形成品牌口碑，进而重塑FPGA竞争格局。ArOesmc
(二)技术水平上，工艺制程与海外先进水平相差两代以上。ArOesmc
业内皆知，自从1985年FPGA问世以来，FPGA的容量已经提高了一万倍以上，速度提高了一百倍以上，价格和功耗缩小了一千倍以上。ArOesmc
从制程角度来看，海外龙头企业已实现了7nm先进制程FPGA芯片的量产。以巨头为例，Xilinx是7nm Versal出货，Intel(Altera)是10nm Agilex出货。其中，Versal系列中只有SoC FPGA，Agilex系列有传统逻辑FPGA和SoC FPGA两个系列。而国产FPGA厂商在传统逻辑FPGA系列的占比最大，量产芯片主要为55nm及40nm。近年来也有厂商陆续开发28nm器件或已出货，如紫光同创、高云半导体、安路科技、智多晶等，复旦微电子正在研发14nm器件。ArOesmc
在SoC FPGA方面，海外龙头企业已经能大量出货，例如Xilinx 28nm SoC Zynq系列使用的占比逐年上升，2020年统计已经占到Xilinx总出货量的30%。而国产器件基本是40nm或者55nm以上的工艺产品，性能和功耗相对落后。ArOesmc
在产品布局方面，海外龙头企业的高端产品逻辑规模可达到3KK。而国产FPGA目前的量产产品仍以100K及以下逻辑规模的芯片为主，中高端产品销售数量与金额占比仍较小。需要指出的是，FPGA是个“软硬并重”的产业，FPGA厂商一方面要立足硬件的逻辑规模和性能，另一方面也要立足配套开发软件，提供专用EDA软件来对芯片进行配置。以各家的专用EDA软件为例，ArOesmc
“自主研发”是第一个门槛。如今市面上主流的FPGA专用EDA软件都是基于自身FPGA开发软件技术攻关与工程实践经验而开发出来的，拥有完全自主知识产权。如海外Xilinx的Vivado、Intel的QuartusII、Lattice的Diamond等，本土的紫光同创的Pango Design Suite、安路科技的TangDynasty等。其次是使用感受上，海外的专用EDA软件开发时间较长，软件开发团队投入也较大，软件功能、人性化设计等方面相对成熟，平台资源也更加丰富。这需要本土FPGA厂商意识到软件工具自主化的重要意义，并逐步加大投入力度，营造简洁高效的应用设计开发环境。ArOesmc
所以说，国产FPGA道阻且长，只有软硬件都拥有完全自主知识产权才是真正的独立。ArOesmc
(三)海外阵营“两大两小”，国产玩家后劲十足。ArOesmc
从供应厂商角度看，海外FPGA阵营从早前的上百位“ 玩家”，到现如今的四家主流企业——Xilinx、Altera、Lattice、Actel，竞争格局基本稳定。有趣的是，Intel、AMD两家CPU大厂先后于2015年、2020年收购Altera和Xilinx，后两者是FPGA的双寡头，合计市场占有率超过80%。同时，越来越多的国际半导体大厂看好FPGA前景，积极布局加剧市场竞争，例如2021年11月瑞萨电子首次推出FPGA芯片，高调宣布进军FPGA赛道。ArOesmc
反观国内FPGA市场，起步较晚的本土厂商经过十多年的技术积累，逐步在5G新应用等领域赢得客户认可，以贴近客户、灵活服务的独特优势争取到更多试错机会，未来不断契合下游应用新场景，再加之性价比优势，国产FPGA大有可为。ArOesmc
资本拓展上，FPGA大厂复旦微电子于2021年8月正式在科创板上市，首日暴涨800%；安路科技作为“国产FPGA芯片第一股”在11月登陆科创板，市值一度超过300亿人民币。此外，成都华微正在备战科创板，京微齐力也有意谋求上市……这些资本尝试为本土FPGA产业成长提供新的增长动能。ArOesmc
后疫情时代下，韧性十足的中国电子市场正吸引不少海外FPGA厂商纷至沓来，他们在国内创建本土化公司，同时与本土FPGA厂商合作把市场蛋糕做大。ArOesmc
总体来说，2020年以来国产FPGA作为产业里的后起之秀，逐渐将FPGA这个诞生于国外的电子技术在中国市场里发扬光大。ArOesmc
(四) 知识产权保护，是国产FPGA发展绕不开的话题！ArOesmc
近年来受国际贸易摩擦进一步升级的影响，下游客户对FPGA产品的自主可控要求愈发严苛。据智多晶的发言人总结，在拜访客户的时候，对方第一件事必定是询问产品“是否有知识产权的风险”，如果FPGA厂商无法证明自己有相关知识产权保护，那基本没有下一步商ArOesmc
谈的可能。鉴于此，智多晶认为本土FPGA厂商更需要将自主知识产权摆首位，前提和标准是不能侵犯他人的自主知识产权，其次是保护好自身的自主知识产权，构建企业的“护城河”；同时必须持续创新，真正做到每一块FPGA肯定是有自主知识产权+自主创新，才能逐步消除客户的误解或担忧。ArOesmc
京微齐力公司联合创始人&业务发展总监张伟平告诉《国际电子商情》：“在我看来，技术本身不管它来源于哪里，最终是为我们所使用，本土FPGA厂商要钻研的是如何将这种技术转化成更贴近客户需求的解决方案，并且拥有自主知识产权。”据介绍，京微齐力做了很多自主知识产权的工作，走过一段非常艰难的时期，目前公司所有技术、产品、服务都基于中国本土研发和开展，有足够的自主创新实力。ArOesmc
据观察，目前国产FPGA厂商在知识产权保护上可谓是功力十足。在知识产权数量上，安路科技拥有核心技术18项，已取得授权专利57项，其中发明专利46项(截至2021年6月30日)；京微齐力拥有50+项国际专利、200+项发明专利、160+项知识产权已获授；并且均开展了体系化的知识产权布局。ArOesmc
(五)供应链上，上游产能供应和下游分销渠道要两手抓。ArOesmc
上游方面，FPGA企业是典型的Fabless经营模式，专注于集成电路芯片的设计、研发和销售，至于芯片产业链的生产制造、封装及测试等其他环节，均采用第三方企业代工的方式完成。所以在2020年-2021年部分晶圆厂和委外厂商由于产能不足出现晶圆市场价格和委外加工费用上涨的情况下，全球FPGA厂商均面临着上游产能供应紧张的新挑战。ArOesmc
对此，海外FPGA厂商拥有稳定且大量的订单，产能话语权相对大一些；而新兴的国产FPGA厂商，部分有可能增加向境外供应商采购的难度，甚至可能出现无法采购的极端情形。这需要国产FPGA厂商在稳定上游产能供应方面多下苦功。ArOesmc
下游方面，FPGA厂商主要精力与资源聚焦于产品的研发，所以普遍采取经销与直销相结合的销售模式，由经销商负责对公司的部分客户进行维护与销售。相比之下，海外巨头的分销渠道优势略明显于国产企业；而国内专注于FPGA的专业经销商数量较少，经销商队伍需要持续优化。ArOesmc
安路科技认为，面对重大的经营环境变化，经销模式可以有效减少公司维护中小型客户的成本开支，同时降低公司的库存风险与应收账款回款风险，有助于公司业务规模的快速扩张。其招股书数据显示，公司经销渠道收入从2019年的2986万元人民币暴增至2020年的1.15亿元，说明其市场战略是加大力度发展经销商，依靠扩展经销渠道来做大营收。ArOesmc
而作为FPGA的新布局者——易灵思更是对产业链上下加强合作持完全开放的态度。易灵思(深圳)科技有限公司销售总监张永慧表示：“我们不介意跟任何的FPGA同行伙伴一起做生态链合作，同时也期待RISC-V、IP等厂商以及优秀经销商的加入，共同孕育FPGA的健康生态。”ArOesmc
国产厂商如何将FPGA发扬光大？
经过上述的分析，貌似国产FPGA的各方面优势并不突出，为何产业规模增速却高于全球？ArOesmc
《国际电子商情》认为，原因分为主客观两方面：客观上，多个应用市场进一步刺激市场对FPGA芯片的需求，同时疫情导致海外芯片供应不稳定，使得本土终端厂商给了本土FPGA产品越来越多的试错机会；主观上，本土FPGA厂商直面差距、另辟蹊径，以新兴应用市场为牵引，找到发展“甜蜜点”，同时不断扩充“能力圈”，进行差异化发展，拼的不仅仅是本土化风口，而是用发展的硬实力扎实走好创新之路。ArOesmc
1.认清自身优势，找准成长“甜蜜点”。ArOesmc
“甜蜜点”指企业所擅长和精专的领域。目前，海外FPGA厂商已经构筑起难以逾越的市场壁垒和技术门槛。Xilinx和Intel(Altera)两大寡头主打高端产品，发力汽车电子、数据中心；Lattice面向低成本、低功耗的消费电子市场；Actel专注于军工、航天、国防等特殊应用市场。在这些既有市场格局下，中国FPGA企业应该认清自身优势，找准成长赛道(表2)。ArOesmc
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首先最早起量的领域是通信，如复旦微电子、成都华微等具有先发优势，高云半导体、京微齐力等企业发力于新兴的5G通信赛道，竞争相对激烈。ArOesmc
其次是工业领域应用，FPGA芯片大量应用在视频处理、图像处理、数控机床等领域实现信号控制和运算加速功能，涌现了如安路科技、智多晶、遨格芯电子等一批专注工业应用的本土FPGA厂商。ArOesmc
消费电子领域，FPGA芯片可用于智能手机、无人机、智能电视、AR/VR设备中。目前国内民品FPGA企业在部分细分领域已经实现了替代Lattice，均取得良好的市场口碑。此外，深维科技、易灵思、菲数科技等一批专注图像处理和机器视觉应用的本土企业也展露锋芒。ArOesmc
人工智能领域是国产FPGA企业布局的重点市场之一，智多晶、紫光同创、高云半导体、遨格芯电子、京微齐力、菲数科技等均有相关布局。ArOesmc
最后，随着车联网技术的发展，汽车行业也将使用FPGA芯片，以构建更完善的车联网以及实现更智能的自动驾驶功能。虽然海外巨头企业在汽车FPGA市场中独占鳌头，但近年来也不乏高云半导体、京微齐力、易灵思、迅硅科技等本土厂商对此深度布局，成为市场“鲇鱼”。ArOesmc
值得一提的是，数据中心作为海外FPGA巨头眼里的“香饽饽”，近年来也被国产厂商“盯上”，如安路科技、紫光同创、高云半导体、京微齐力、菲数科技等本土企业正在积极研发相关竞品，紧跟行业发展趋势。ArOesmc
2.推动“能力圈”外移，打开新的成长空间。ArOesmc
“ 能力圈”指企业的“ 能力范围”，是可以通过方法和努力逐渐延展的。ArOesmc
● 方法一：看未来市场热点，就是做长远战略。ArOesmc
由于中国FPGA产业发展策略是结合市场细分需求的变化、灵活探索FPGA研发与应用，那么FPGA企业掌舵者的战略眼光和长远布局，是企业成败的关键元素。ArOesmc
在“未来更看好的细分市场”上，受访的几家本土FPGA厂商均不约而同地表示，“看未来市场热点，就是做长远战略，需要和自身的资源所匹配。一方面必须深耕存量市场，巩固现有竞争优势，同时不断探索新兴市场，争取未来多点开花”。ArOesmc
京微齐力张伟平强调，公司以存量市场为主战场，开展不同的应用探索。比如汽车电子，必定是未来半导体产业的发展趋势，同样也是FPGA产业的一个增长点。至于未来还有非常多细分的市场，京微齐力会持续调研，不停地创新各种应用，以此来规划不同的产品。ArOesmc
在易灵思张永慧看来，热点市场有三个：有声有色的应用(如机器视觉与伺服器)，低延迟的应用(如工业控制、自动驾驶)，视频音频的市场(如显示屏输出、AI识别)。ArOesmc
● 方法二：持续加码FPGA软硬件研发。ArOesmc
从技术层面，FPGA技术未来发展的趋势有五个方面：①高密度、高速度、高频带、高保密；②低电压、低功耗、低成本、低价格；③IP软/硬核复用、系统集成；④动态可重构以及单片集群；⑤紧密结合应用需求，多元化发展。因此，国产FPGA厂商必须进行前期的大量投资，持续加码FPGA软硬件研发。据招股书数据显示，安路科技和紫光同创2018年-2020年累计研发投入占比超50%，高于其他芯片行业的水平。ArOesmc
虽然投入极大，但实际的回报可能并不成正比。特别是近三年来Xilinx、Lattice等海外领先厂商拥有接近60%的毛利率，而本土企业毛利率水平在30%左右，差距仍在。ArOesmc
尽管如此，国产FPGA厂商的投资力度不降反增。最直接的方法就是上市融资。2021年11月成功登陆科创板的安路科技就表示：“过去尤其是2017年前融资非常困难。而2021年的IPO募资完成后，我们有信心与国际竞争，至少在资金的使用效率上会保持高竞争水平。”ArOesmc
除了上市融资，国产FPGA企业还可以通过国家资本的扶持、产业内并购重组、企业融资等方式，为持续的技术研发注入“钞能力”。智多晶认为，未来随着各家公司的成长，上市、收购、合并等事件一定会愈发频繁，这是本土产业崛起的必经之路。ArOesmc
● 方法三：培育FPGA高端人才。ArOesmc
FPGA需要软硬件紧密配合才能真正发挥其性能，对高质量研发人员的需求较高。ArOesmc
在人才培养方面建议从四个层面着手：一是企业内部建立完善的人才培养和储备体系，贯彻有效的人才激励机制，形成浓厚的创新文化氛围。二是加强国内FPGA专业人才培育，鼓励企业与高校、科研院所协同建设育人实践平台；三是大力引进海外高层次人才团队；四是充分利用国内巨大的市场优势，吸引海外企业建立合资公司，鼓励和支持合资企业培养出人才队伍。ArOesmc
● 方法四：FPGA技术是集大成者，拼的是耐心和毅力。ArOesmc
“做FPGA产业，既是冒险家，也是苦行僧”。这是许多FPGA业者的感慨——既要往返于产业链上下游，往上抢产能、往下做服务；又要埋头研发，成为冷板凳和耐得住寂寞的人。ArOesmc
对此，国产FPGA企业均制定了各阶段的企业发展战略，一步一个脚印地踏实成长。ArOesmc
以京微齐力为例，公司发展分为积累、快速发展、进入高端市场的三个阶段。2005年-2016年是积累阶段，公司积累核心专利，量产中小规模M系列、R系列产品，推出EDA软件工具，产品导入市场，建立核心研发团队；2017年-2020年是快速发展阶段，公司量产中小规模H系列产品，提升EDA软件工具性能，导入硬件先进工艺，重点突破消费类市场，累计出货超千万片；2021年-2023年是进入高端市场阶段，公司量产中高端P系列产品，为打造高端异构可编程计算平台奠定技术基础，扩充团队到数百人，盈利高速增长，实现IPO。ArOesmc
无巧不成书。易灵思自创始以来也分为三个战略：一是技术上完成从零到一的突破；二是找准赛道，坚持长期理念，实现可持续发展；三是提高长期的竞争力，并和市场的发展所匹配，与客户共同成长。而安路科技将未来规划分为三个方向：工艺推进至立体FINFET工艺，FPSoC 新品的研发以及更为灵活的发展与科技储备资金。ArOesmc
综上所述，国产FPGA厂商已产生拼耐心、拼毅力的产业“觉悟”，继续脚踏实地、苦练内功。当然，他们也不会忘记放眼全球，心怀走向全球市场的自信和雄心，并时刻准备着……ArOesmc
本文为《国际电子商情》2022年2月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里ArOesmc
