國產(chǎn)FPGA發(fā)展迎來“天時”生態(tài)系統(tǒng)不完善，乃當(dāng)前最大難題

目前，全球FPGA市場被美國Xilinx（賽靈思）、Altera（阿爾特拉）、Lattice（萊迪思）、Microsemi(美高森美)四大巨頭高度壟斷，且在專利上面對后進者產(chǎn)生嚴格封鎖。

國產(chǎn)FPGA起步較國外廠商晚30年，技術(shù)和專利基礎(chǔ)薄弱。中興事件爆發(fā)和中美貿(mào)易戰(zhàn)升級，能否為本土FPGA國產(chǎn)化發(fā)展帶來新的契機？

首先介紹下什么是FPGA？FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

基本特點

1）采用FPGA設(shè)計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。

2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。

4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一。

5) FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。

下面重點介紹下國產(chǎn)FPGA的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)權(quán)威市場調(diào)研機構(gòu)Gartner數(shù)據(jù)顯示，2014年全球FPGA市場總規(guī)模達到50億美金，其中，中國的市場份額有15億美金，中國市場占全球市場的三分之一。分析機構(gòu)預(yù)計2015年至2020年全球FPGA市場的年復(fù)合增長率為9%，到2020年全球FPGA 市場規(guī)模將達84億美金。

具體細分領(lǐng)域來看，在FPGA被用于深度學(xué)習(xí)之前，F(xiàn)PGA主要有3大應(yīng)用方向：

（1）通信設(shè)備的高速接口電路設(shè)計，F(xiàn)PGA可以用來做高速信號處理，一般如果AD采樣率高，數(shù)據(jù)速率高，這時就需要FPGA對數(shù)據(jù)進行處理，比如對數(shù)據(jù)進行抽取濾波，降低數(shù)據(jù)速率，使信號容易處理，傳輸，存儲；

（2）數(shù)字信號處理方向/數(shù)學(xué)計算方向，包括圖像處理，雷達信號處理，醫(yī)學(xué)信號處理等，優(yōu)勢是實時性好，用面積換速度，比CPU快的多；

（3）SOPC，即利用FPGA這個平臺搭建的一個嵌入式系統(tǒng)的底層硬件環(huán)境，然后設(shè)計者在上面進行嵌入式軟件開發(fā)。

國產(chǎn)FPGA發(fā)展迎來“天時”

FPGA因技術(shù)門檻極高，全球市場份額主要被美國四大巨頭高度壟斷。據(jù)不完全統(tǒng)計，在全球約50億美元的FPGA市場規(guī)模中，Xilinx和Altera占據(jù)90%，Lattice和Microsemi占據(jù)10%以內(nèi)，而國產(chǎn)FPGA市占率不到1%。對于晚30年起步的本土FPGA廠商來說，對美國FPGA的依賴程度非常高，特別是在中高端通訊、工控、國防、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域，幾乎100%都要依靠美國供應(yīng)商。

可見，無論是從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度考慮，還是從國防安全的角度考慮，中國發(fā)展自主FPGA都已迫在眉睫。而中興事件和中美貿(mào)易戰(zhàn)爆發(fā)，給本土FPGA自主研發(fā)與國產(chǎn)化替代帶來了“天時”。

今年3月，美國政府一紙禁令讓中興瞬間陷入癱瘓，F(xiàn)PGA、基帶芯片、服務(wù)器芯片、光模塊等關(guān)鍵組件，成為扼住中興喉嚨的必殺武器。雖然該禁令目前已解除，但中興仍處于“嚴密觀察”期。在中美貿(mào)易戰(zhàn)仍不斷升級的當(dāng)下，仍難保美方不會故技重施。

FPGA是通信市場非常關(guān)鍵的部件，且需求量大，一旦禁售，中國通信類企業(yè)將全部遭殃。不過，他也指出，美國巨頭對中國市場的依賴程度非常高，如華為、中興分別是Xilinx TOP 5和TOP 10的客戶，禁售必定是雙輸?shù)木置妗?/p>

盡管是“雙輸”局面，但國內(nèi)廠商顯然更為被動，國內(nèi)FPGA廠商高端技術(shù)缺乏，難在短時間內(nèi)補上“通訊”這塊缺口。

因FPGA產(chǎn)品類別繁多，要分很多個系列，每個系列又有好幾十種不同的封裝形式，中興、華為等企業(yè)會根據(jù)FPGA的性能、容量、密度、封裝型號的不同來做產(chǎn)品適配，國內(nèi)廠商還難以做到產(chǎn)品的全規(guī)格覆蓋，在實現(xiàn)替代方面仍困難重重。

如何應(yīng)對？當(dāng)務(wù)之急，一是要在硬件端加大對中高端產(chǎn)品的投入，讓國內(nèi)客戶想用并敢用國產(chǎn)FPGA；二是國家要加大政策扶持和人才培養(yǎng)力度，多給國產(chǎn)廠商歷練的時間，上下聯(lián)動逐步實現(xiàn)突破。

生態(tài)系統(tǒng)不完善，乃當(dāng)前最大難題

生態(tài)系統(tǒng)問題，是當(dāng)前國內(nèi)FPGA發(fā)展最大的難題。有方案開發(fā)商：“不是我們不用國產(chǎn)FPGA來做開發(fā)，而是國外FPGA在IP核、EDA工具、軟件開發(fā)、技術(shù)支持上更加系統(tǒng)全面，能為我們節(jié)省開發(fā)時間和成本，這是不可規(guī)避的現(xiàn)實?！?/p>

國產(chǎn)FPGA國產(chǎn)化替代難度有二，一是EDA工具太弱，貢獻率低，算法上沒有突破，應(yīng)用端難以去做開發(fā)；二是缺乏IP核，國外廠商在任何應(yīng)用場景下都有可用的IP核。

當(dāng)前，國產(chǎn)FPGA應(yīng)用開發(fā)人員仍較少，生態(tài)的建立需要產(chǎn)業(yè)一起努力。相關(guān)人士表示，希望有關(guān)部門聯(lián)動，針對電力、通訊等中高門檻的領(lǐng)域，多給本土廠商合作的機會，共同縮短生態(tài)建立的時間。同時，本土廠商要在細分市場找準(zhǔn)自己的突破口，再逐漸向中高端延伸。

從細分市場入手，逐個擊破

國內(nèi)FPGA廠商的發(fā)展機會，在于市場需求足夠大。一份來源于Global Market Insights的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2022年亞太區(qū)域FPGA市場將突破40億美元，中國市場容量約在100億元左右，這么大的市場，國產(chǎn)FPGA能從中獲益多少？

據(jù)不完全統(tǒng)計，中國FPGA有100億元左右的市場，約15億美金，本土FPGA占比1%不到，但在一些細分市場，中國FPGA仍有機會，諸如AI智能終端、視頻顯示、工控和低端通訊設(shè)備領(lǐng)域，國產(chǎn)廠商已有很大突破，不少廠商進入了disigh in模式，少數(shù)廠商還在LED顯示控制、汽車ADAS、智能安防監(jiān)控等領(lǐng)域大有斬獲。

除此，新興市場也顯露出不錯的發(fā)展契機，“我們希望在人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等新興市場找到突破點，在這方面國產(chǎn)FPGA和國外FPGA站在同一起跑線上，國產(chǎn)FPGA還是有機會的。”半導(dǎo)體市場分析說。

綜合受訪者觀點，以差異化設(shè)計主打細分市場，是國產(chǎn)FPGA發(fā)展的必經(jīng)之路，且國內(nèi)市場“近水樓臺先得月”的本地化優(yōu)勢愈發(fā)明顯。

不過據(jù)記者了解，在消費類市場，F(xiàn)PGA的生命周期比較短（2年左右），由此帶來的資金流壓力、工藝管理的壓力不可小覷，因此國產(chǎn)FPGA廠商選擇細分市場切入的同時要謹防這些風(fēng)險的發(fā)生。

總之，中興事件和中美貿(mào)易戰(zhàn)升級堪稱“天時”，對國產(chǎn)芯片自主研發(fā)和國產(chǎn)化替代是一大促進。目前，在應(yīng)用規(guī)模上，國內(nèi)幾家民用FPGA廠商也已實現(xiàn)了每年百萬級的出貨量。相信在此良好勢頭的帶動下，在政策扶持與應(yīng)用端的聯(lián)動支持下，F(xiàn)PGA國產(chǎn)化替代不再是一個遙遠的夢想。