國(guó)產(chǎn)化浪潮中的國(guó)產(chǎn)FPGA

從863項(xiàng)目開(kāi)始，我國(guó)啟動(dòng)自主創(chuàng)新，到2006年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，啟動(dòng)“核高基”項(xiàng)目，即核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品，我們國(guó)家一直很重視信創(chuàng)（信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新）產(chǎn)業(yè)。由于基礎(chǔ)學(xué)科的薄弱及相關(guān)專利的限制，我們的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程并不順利。再加上管理方面的一些問(wèn)題，出現(xiàn)了漢芯造假等各種腐敗案件，讓我們的***研發(fā)踩了不少巨坑，大大延緩了整個(gè)信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致一些重要領(lǐng)域還不得不使用國(guó)外科技巨頭的產(chǎn)品。以高端芯片為例，國(guó)產(chǎn)化率還非常低：

2018年中興事件及2019年開(kāi)始，美國(guó)政府開(kāi)始限制美國(guó)公司向我國(guó)的華為等70家公司出售零部件或先進(jìn)技術(shù)，多家科技巨頭隨即減少了與華為的合作，特別是臺(tái)積電受美國(guó)政府脅迫，不再為華為代工高端移動(dòng)處理器芯片，直接掐死了華為手機(jī)業(yè)務(wù)。在如此嚴(yán)峻的國(guó)際環(huán)境中，我們的國(guó)產(chǎn)化替代變得更加迫切。特別是CPU，GPU，FPGA及各種存儲(chǔ)類器件，需要加快國(guó)產(chǎn)化替代的進(jìn)程，在國(guó)家安全、政府、軍工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面替代，在民用領(lǐng)域也能擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。 2022年9月底，國(guó)資委下發(fā)的79號(hào)文件，全面指導(dǎo)并要求國(guó)央企落實(shí)信息化系統(tǒng)的信創(chuàng)國(guó)產(chǎn)化改造。其中，明確要求所有中央企業(yè)在2022年11月底前將安可替代總體方案報(bào)送國(guó)資委；自2023年1月起，每季度末向國(guó)資委報(bào)送信創(chuàng)系統(tǒng)替換進(jìn)度。最終要求2027年底前，實(shí)現(xiàn)所有中央企業(yè)的信息化系統(tǒng)安可信創(chuàng)替代。受益于信創(chuàng)概念，市場(chǎng)普遍認(rèn)為，未來(lái)五年是 “大信創(chuàng)” 發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，發(fā)展空間廣闊。本文將聚焦于FPGA這類特殊器件，重點(diǎn)闡述FPGA的市場(chǎng)空間及國(guó)產(chǎn)FPGA的技術(shù)發(fā)展情況。FPGA市場(chǎng)概況作為可編程的半定制器件，F(xiàn)PGA 在現(xiàn)場(chǎng)可重復(fù)編程能力、更短的產(chǎn)品上市時(shí)間、項(xiàng)目周期可預(yù)測(cè)性更強(qiáng)、小批量上成本低等方面具有很大優(yōu)勢(shì)。在5G通信基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)控制領(lǐng)域，新能源汽車及數(shù)據(jù)中心機(jī)房都有大量使用。根據(jù)Frost & Sullivan的數(shù)據(jù)，2021年，全球FPGA芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為68.6億美元，同比增長(zhǎng)12.8%。預(yù)計(jì)到2025年，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到125.8億美元。

就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，近幾年FPGA市場(chǎng)也在持續(xù)擴(kuò)大增長(zhǎng)，2021年國(guó)內(nèi)FPGA芯片市場(chǎng)為176.8億元，2016-2021年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為23.1%，遠(yuǎn)高于同期海外FPGA市場(chǎng)的增長(zhǎng)率。隨著國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程的進(jìn)一步加速，中國(guó)FPGA芯片市場(chǎng)需求量有望持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到2025年，中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約332.2億元。 全球FPGA市場(chǎng)，主要被海外企業(yè)壟斷。根據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從銷售收入來(lái)看，2021年Xilinx、Intel、Lattice和Microchip的市占率分別達(dá)51%、29%、7%和6%。國(guó)內(nèi)FPGA廠商起步較晚，并且受到技術(shù)壁壘及人才短缺的限制，僅在國(guó)內(nèi)的中低端市場(chǎng)獲得一些生存空間。主要的國(guó)產(chǎn)FPGA廠商有紫光同創(chuàng)、復(fù)旦微電子、安路科技等，上述公司2021年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)共占據(jù)16%的市場(chǎng)份額，其中安路科技和紫光同創(chuàng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)偏向消 費(fèi)電子、工業(yè)控制和通訊等民用領(lǐng)域。紫光同創(chuàng)作為上市公司紫光國(guó)微的聯(lián)營(yíng)企業(yè)，紫光同創(chuàng)專注于FPGA芯片設(shè)計(jì)及其配套EDA開(kāi)發(fā)工具的研發(fā)與銷售，有10年的可編程邏輯器件發(fā)展史。其FPGA產(chǎn)品覆蓋4大家族，高中低端7個(gè)系列，約50個(gè)量產(chǎn)型號(hào)，在國(guó)產(chǎn)FPGA廠商中，研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)，是中國(guó)FPGA民用行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，占中國(guó)FPGA市場(chǎng)總額的4%（根據(jù)摩根斯坦利的數(shù)據(jù)）。下圖為紫光同創(chuàng)發(fā)展大事件。

紫光同創(chuàng)于2022年推出的28nm工藝FPGA芯片，已經(jīng)能支持13.125Gbps的SerDes以及1866Mbps的DDR4，邏輯單元也高達(dá)390k。受益于長(zhǎng)期高額研發(fā)投入，2019~2021年，公司營(yíng)收從1.02億元增至7.82億元，CAGR達(dá)到176%。

西安智多晶成立于2012年，總部位于古都西安，在北京設(shè)立有軟件研發(fā)中心。創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)曾就職于國(guó)外知名FPGA廠商，擁有三十多年行業(yè)設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，并擔(dān)任多個(gè)專業(yè)方向的技術(shù)帶頭人。智多晶是一家專注于可編程邏輯電路器件技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的 “國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)” ，并為系統(tǒng)制造商提供高集成度、高性價(jià)比的可編程邏輯器件、可編程邏輯器件IP核、相關(guān)軟件設(shè)計(jì)工具以及系統(tǒng)解決方案。 目前智多晶擁有四條產(chǎn)品線，分別為162nm CPLD 產(chǎn)品線、55nm內(nèi)嵌Flash小容量FPGA 產(chǎn)品、55nm中等邏輯量FPGA與28nm 嵌入式FPGA，14nm的產(chǎn)品正在研發(fā)過(guò)程中。其中28nm高性價(jià)比FPGA SA5T-100具有豐富的RAM和DSP資源，在5G小站AAU/RRU上可實(shí)現(xiàn)5G-NR 100M帶寬的FIR濾波處理，在中頻信號(hào)處理方面可實(shí)現(xiàn)上下變頻、預(yù)失真和波峰系數(shù)降低等功能。此產(chǎn)品集成的高速SerDes能達(dá)到12.5Gbps的速率，可實(shí)現(xiàn)5G基站的CPRI及eCPRI前傳協(xié)議，可對(duì)標(biāo)Xilinx的Kintex7系列中的部分FPGA器件。

安路科技安路科技于 2011 年 11 月在上海成立，2021年在科創(chuàng)板上市。公司前十大股東中國(guó)有股東共有 4 位，分別為華大半導(dǎo)體、國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金、上?？苿?chuàng)投、深創(chuàng)投集團(tuán)，持股比例分別為 29.17%、9.78%、5.43%和 2.06%。公司管理層和核心技術(shù)人員在半導(dǎo)體及 FPGA 領(lǐng)域深耕多年，具有豐富的半導(dǎo)體及 FPGA 軟硬件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多年持續(xù)不斷的自主研發(fā)，公司以優(yōu) 異的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和可靠的量產(chǎn)品質(zhì)贏得了客戶的高度信任。安路科技的FPGA產(chǎn)品主要應(yīng)用在工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)中心和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，在工業(yè)控制領(lǐng)域，公司已成功進(jìn)入了匯川技術(shù)、利亞德、靈星雨等知名企業(yè)的供應(yīng)鏈；在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，公司產(chǎn)品于 2019 年開(kāi)始導(dǎo)入中興通訊，是第一批進(jìn)入中興通訊供應(yīng)鏈的國(guó)產(chǎn) FPGA 企業(yè)之一，是國(guó)內(nèi)極少數(shù)通過(guò)多家國(guó)際領(lǐng)先通信設(shè)備商 認(rèn)證的合格供應(yīng)商之一。 從安路科技網(wǎng)站上公開(kāi)的信息來(lái)看，其最高端的FPGA產(chǎn)品PHOENIX 系列也能支持12.5Gbps的高速SerDes以及DDR4@1866Mbps。另外，安路科技的FPSoC 系列產(chǎn)品嵌入了RISC-V 處理器，可實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)控制功能，也可以應(yīng)用于高帶寬的視頻數(shù)據(jù)處理和橋接可編程系統(tǒng)芯片市場(chǎng)，為國(guó)產(chǎn)替代添磚加瓦的同時(shí)，幫助公司2022年實(shí)現(xiàn)了扭虧為盈。

復(fù)旦微電復(fù)旦微電是A股FPGA芯片龍頭，成立于1998年，由復(fù)旦大學(xué)“專用集成電路與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和上海商業(yè)投資公司等聯(lián)合創(chuàng)辦，2000年在香港上市，2021年8月掛牌A股科創(chuàng)板，是唯一的“A+H”兩地上市的IC設(shè)計(jì)公司。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，復(fù)旦微電子在安全與識(shí)別芯片、非揮發(fā)存儲(chǔ)器、智能電表芯片、FPGA 芯片等領(lǐng)域都有產(chǎn)品推出，廣泛應(yīng)用于金融、社保、城市公共交通、電子證照、移動(dòng)支付、防偽溯源、智能手機(jī)、安防監(jiān)控、工業(yè)控制、信號(hào)處理、智能計(jì)算等眾多領(lǐng)域。復(fù)旦微電自2004年開(kāi)始FPGA研發(fā)，曾陸續(xù)發(fā)布百萬(wàn)門級(jí)和千萬(wàn)門級(jí)FPGA芯片，2018年Q2推出的28nm億門級(jí)FPGA 產(chǎn)品，也是國(guó)內(nèi)首款。據(jù)最新報(bào)道，復(fù)旦微電子正在開(kāi)發(fā)十億門級(jí)的FPGA，有望在2023年內(nèi)發(fā)布。

復(fù)旦微電研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁，其FPGA產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的2%，主要用于特種市場(chǎng)，在芯片的國(guó)產(chǎn)替代中不可或缺。2018~2021年，復(fù)旦微電子的FPGA營(yíng)收從1.55億元增至4.27億元，器件CAGR高達(dá)40.2%，毛利率也超過(guò)80%。

除了上述四家，我國(guó)還有京微齊力、成都華微、高云半導(dǎo)體等FPGA廠商也在齊頭并進(jìn)，找到了適合自己的發(fā)展方向，在國(guó)內(nèi)可編程邏輯器件領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟。另外還有一家FPGA廠商易靈思（Efinix），在美國(guó)加州及中國(guó)香港都有 “總部” 。易靈思采用邏輯和路由可以互換的XLR結(jié)構(gòu)，革命性地發(fā)明了Quantum架構(gòu)，使得FPGA的資源利用率大幅提高。相比傳統(tǒng)FPGA架構(gòu)，同樣的邏輯資源，可以用更小的封裝，功耗也相應(yīng)降低。其鈦金系列16nm工藝的FPGA，能支持到25.8Gbps的SerDes，以及LPDDR4，邏輯資源高達(dá)969k。國(guó)產(chǎn)替代空間2021年，國(guó)內(nèi)FPGA市場(chǎng)占全球的40%，但是自給率僅為17%，增長(zhǎng)空間還非常大。隨著政府對(duì)5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進(jìn)，以及人工智能和數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，摩根士丹利預(yù)測(cè)，中國(guó)的FPGA市場(chǎng)收入在2025年之前，每年將增長(zhǎng)17%，到2025年，國(guó)內(nèi)FPGA市場(chǎng)收入將達(dá)到52億美元。

在當(dāng)前復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)下，出于國(guó)家安全考慮，特種應(yīng)用領(lǐng)域自主可控的重要性排在了首要位置，在部隊(duì)信息化和裝備國(guó)產(chǎn)化的雙輪驅(qū)動(dòng)下，特種FPGA國(guó)產(chǎn)化率進(jìn)程將領(lǐng)先于民用市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)廠商的發(fā)展機(jī)遇將會(huì)越來(lái)越好。從頭部國(guó)產(chǎn)廠商近幾年的研發(fā)投入及營(yíng)收情況來(lái)看，大都進(jìn)入了收獲期。前期的大投入開(kāi)始為公司帶來(lái)營(yíng)收的增長(zhǎng)，并逐步實(shí)現(xiàn)了盈利，公司發(fā)展進(jìn)入了良性循環(huán)的軌道。相信未來(lái)幾年，我國(guó)的FPGA研發(fā)人才也會(huì)逐漸增加，各個(gè)廠商也會(huì)繼續(xù)加大投入，加大創(chuàng)新力度，突破技術(shù)壁壘，豐富高端產(chǎn)品線，讓國(guó)產(chǎn)替代高端化。

審核編輯 ：李倩