國產化率僅4%，中國FPGA廠商在這些領域發(fā)力！

根據MRFR統(tǒng)計，2019年全球 FPGA 市場規(guī)模約為69億美元。在5G和AI的推動下，2025年市場規(guī)模有望達到125億美元，年復合增長率為10.22%。其中亞太地區(qū)是重要的增量市場，隨著新興建設應用的逐步展開，2025 年市場規(guī)模將達到近55億美元。



2018年Xilinx和Altera分別占據全球市場56%和31%。在中國FPGA市場中，占比達52%和28%。國內FPGA市場大約120億，其中民用市場100億，F(xiàn)PGA市場國產率約為4%。



面對這樣的現(xiàn)狀，國產FPGA廠商紛紛加快了技術研發(fā)和市場步伐。在最近，由電子發(fā)燒友網主辦的“國產FPGA芯片在細分領域有哪些發(fā)展？”的線上視頻直播活動中，來自高云半導體、紫光同創(chuàng)、京微齊力的專家們對當前國產FPGA的現(xiàn)狀與發(fā)展做出了很好的分析與討論。

近兩年國產FPGA進展快速

FPGA主要有五大類應用，分別是通信、工業(yè)、消費、汽車和數據中心。國產FPGA廠商在中低密度FPGA應用上取得了突破。高云半導體市場副總裁兼中國區(qū)銷售總監(jiān)黃俊談到，國產廠商在通信、工控、汽車、消費類等各行各業(yè)已經實現(xiàn)滲透，但每個市場的出貨比重仍然偏少。

圖：高云半導體市場副總裁兼中國區(qū)銷售總監(jiān)黃俊

紫光同創(chuàng)市場總監(jiān)呂喆表示，國產FPGA這兩年發(fā)展較快，在55納米和40納米兩個工藝平臺出貨量較大，接下來還需要加快先進工藝平臺的投入和布局，促進國產FPGA在數據中心、高性能計算、AI等應用市場的增長。

京微齊力產品與應用支持部總監(jiān)倘余清認為，從邏輯資源角度，國產廠商主要在CPLD、25k邏輯資源以下的市場有大批量的出貨。并且也有大客戶導入設計。京微齊力主要投入在40納米工藝，55納米投入不多。未來40納米和28納米在中低端替代上空間巨大，京微齊力在50K-100K邏輯資源以內進行突破。

除了上述三家國產FPGA廠商之外，還有安路科技、西安智多晶、復旦微電子等國內廠商，他們都在近幾年呈現(xiàn)了較快的發(fā)展。

尤其在中興、華為事件之后，在加速供應鏈本土化的進程中，國產芯片廠商得到了終端客戶積極地接納，獲得了更快速地成長機會。

加速發(fā)展，但彎道超車難度較大

FPGA巨頭XILINX在30年代發(fā)明了FPGA芯片，無論從發(fā)展時間、專利數量、市場份額等方面國外幾家廠商都處于領先地位。那么國內FPGA廠商的差距有多大，有機會彎道超車嗎？

三位嘉賓從工藝、軟件、人才、供應鏈和生態(tài)幾個方面分析了國產FPGA廠商的現(xiàn)狀。

呂喆認為，F(xiàn)PGA的核心專利大部分掌握在國外廠商手中，在核心專利沒有過期的情況下，要繞開這些專利，不僅要加大研發(fā)投入，還要因此付出更多的成本，消耗更大的芯片面積和功耗，這實際上制約了FPGA初創(chuàng)公司的發(fā)展。

圖：紫光同創(chuàng)市場總監(jiān)呂喆

再看研發(fā)投入，XILINX每年研發(fā)投入占銷售額的20%，2019年差不多7億美金，其產品系列非常多，涵蓋6大產品系列上百種產品，這些投入也是國產廠商所不具備的。紫光同創(chuàng)目前擁有3大產品家族共5個產品系列，覆蓋3個工藝平臺，已上市近30種產品型號，是目前產品品類最豐富的國產FPGA廠商。供應鏈的配套方面，從晶圓代工到封測，國內產業(yè)仍比較欠缺。另外，F(xiàn)PGA的高端人才大多聚集在北美，國內人才缺失也是一大問題。生態(tài)應用端，與下游應用廠商的合作也相對落后。為此，國內FPGA產業(yè)需要有“換道”的意識，除了在傳統(tǒng)FPGA器件領域布局之外，還需要加大創(chuàng)新架構、細分市場的投入。從應用端需求出發(fā)，開發(fā)差異化的產品，才能提升競爭力。

倘余清補充道，從專利角度看，F(xiàn)PGA的專利分為核心與非核心專利，XILINX擁有最多的專利，其核心專利約有500-800件。國內廠商要在基本邏輯結構、DSP結構、BLOCK RAM等方面申請一些必要的專利，這對今后公司做大做強，乃至上市都至關重要。因為若前期積累不夠，往后的代價會更大。

“如果說工藝迭代可以用資金來解決，那么用于FPGA的EDA軟件迭代更重要，國內也更欠缺?！秉S俊表示，EDA軟件的提升一方面需求終端客戶的使用配合，加速迭代，另一方面也需要EDA軟件人才，這一塊的人才非常缺失。

在多方面都落后和不足的情況下，要實現(xiàn)彎道超車，三位嘉賓均表示至少在近幾年都無法實現(xiàn)。特別是越發(fā)展到中高密度邏輯容量，無論硬件還是軟件方面難度都比較大。目前國產FPGA廠商可以增量市場入手，尋找差異化競爭，這或許是某種角度理解的“彎道超車”。

國產替代，優(yōu)勢有哪些？

工程師認知大幅提升，本地化支持更貼近用戶

國產FPGA雖說起步晚，但如今的市場接納程度也迎來了最好的時候。黃俊談及，十多年前國內工程師甚至還不懂得FPGA，推廣相當吃力。也幸好有這十多年的積累，中國市場FPGA的用戶數量、工程師的認知基礎都有了極大的提升。中國作為最重要的應用市場，推廣速度、迭代速度都非常迅速。

國內廠商擁有的本地支持的優(yōu)勢也是工程師們認可的一個因素。在中興華為事件后，國內許多細分市場的龍頭企業(yè)加速了對國產FPGA的導入，這一類客戶，國內廠商先從小項目開始導入。面對一些新興市場，通過提供解決方案獲得客戶認可。黃俊表示，這類客戶，我們幫助其完成整個方案設計，加強支持力度，及時響應要求，加強FAE和AE團隊，從而進行滲透。

在培育市場前期，可以通過舉辦設計競賽等活動拉近與電子工程師的距離，呂喆提到，紫光同創(chuàng)為此做了兩個大學生設計競賽活動，并提供入門級學習型開發(fā)板等，方便初學者、愛好者進行學習開發(fā)。

另外，倘余清表示，客戶看中器件帶來的功耗、成本和性能三者的平衡，尤其是功耗，國產芯片若能為客戶提供更好的功耗優(yōu)化，不斷在產品細節(jié)上發(fā)力，會更容易得到客戶的認可。

圖：京微齊力產品與應用支持部總監(jiān)倘余清

供應有保障，更注重供應質量

黃俊分析道，F(xiàn)PGA的供貨主要分為晶圓代工和封裝測試兩個時間周期，通常晶圓代工廠的供貨周期為三到四個月，封測廠一個多月，因此，從投片到芯片出貨基本上需要半年時間。那么，F(xiàn)PGA廠商一般會備有一定的庫存。FPGA芯片經歷從十萬片到上千萬片的量產，芯片質量經過不同階段的量產迭代，已經能夠保證其產品批量質量。

FPGA芯片的出貨量與存儲芯片、CPU等相距甚遠，達到千萬量級已經是不錯的水準。呂喆表示，國產FPGA芯片經過送樣到客戶批量的整個過程會對芯片質量進行大量的驗證和調試，尤其大客戶對芯片質量要求更加嚴格，而這一系列過程國產芯片都能夠做到良好的質量把握。

由于目前國內FPGA芯片的邏輯容量還不大，集中在25K至50K以內，因此整個測試成本占比不大。倘余清認為，隨著邏輯容量的增加，國內廠商需要找到更高效的測試方法，這是把控芯片質量的一個重要因素。例如可以通過增加芯片的冗余來增強產品的可靠性。

因此，國產FPGA的供應無論從數量還是質量上來看，都能夠滿足所需，良好的出貨和品質管控也為日后的市場拓展提供更好的經驗支持。

國產FPGA芯片助力新興應用

5G+AI被認為是國產FPGA發(fā)展的機遇，然而這個機會點也是所有FPGA廠商的機會，作為國內廠商還是要立足于目前芯片能夠覆蓋到的相關應用去拓展。

呂喆說，5G對國產廠商必定是增量市場，尤其是越靠近終端設備的數量多，小基站數量多。不過，越往核心網、骨干網發(fā)展，對芯片規(guī)模、SERDES的要求更高，這一類高端FPGA的應用目前國產廠商暫時無法覆蓋。在低端的，與5G相關的通信設備里抓一些增量市場比較可行。AI應用上，F(xiàn)PGA由于實時性好，并行運算能力強，主要應用于邊緣端和云端AI的推斷，受限于功耗和尺寸，在手持終端上的應用不會太多。對于這些新興應用市場，紫光同創(chuàng)都有所布局。

在5G高端應用上，國產芯片廠商暫時在一到三年恐怕都不一定能夠突破，主要還是在數據量要求不高的中低端應用市場?；谶@個判斷，倘余清建議國內廠商可針對性地做優(yōu)化，根據技術特點找到細分市場機會。例如在圖像AI領域，通過邏輯資源和DRAM方面的優(yōu)化切入。

在CPLD、10K以內小容量的市場，國產廠商在5G通信設備層面擁有較多的替代機會，黃俊表示國內廠商在通信設備市場的導入近幾年發(fā)展較快，另一個機會是5G覆蓋到的很多應用場景，例如沉浸式體驗類的VR/AR，會隨著5G的到來出現(xiàn)新的機會，國內廠商在芯片尺寸、功耗、性能等方面持續(xù)優(yōu)化，將能夠爭取到這樣的機會。AI方面，高云推出了入門級加速器，包括軟核處理器或硬化的Arm Cortex-M3處理器，將嵌入式處理器及FPGA加速器結合，用于圖像識別等應用。

客戶開案多，下半年到明年，國產FPGA樂觀向上

出乎意料的是，今年初以來的新冠疫情，對于FPGA行業(yè)來說并沒有太多的影響。三位嘉賓對今年下半年到明年的發(fā)展形勢都比較樂觀。

原因是，上半年許多客戶都在緊鑼密鼓地進行新的產品設計，這些需求將在下半年甚至明年得到釋放。另外，疫情以來，在測溫儀、口罩機等市場FPGA廠商適時切入到這些抗疫相關的產品市場，獲得增長。還有，5G建設加速，也提振了行業(yè)信心，加快了FPGA的市場步伐。

整體看，隨著中低端產品繼續(xù)向各類應用市場滲透，F(xiàn)PGA芯片走向中高端是發(fā)展趨勢，那么28納米國產FPGA芯片就進入到了關鍵時刻，這方面還需要國產FPGA芯片廠商繼續(xù)努力突破。

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