不再非洋莫屬，F(xiàn)PGA中國廠商崛起

　　引言：FPGA號稱“萬能芯片”，從技術(shù)角度講，它是可編程的產(chǎn)品，在不改變芯片本身硬件組成的情況下可反復(fù)使用。根據(jù)市場變化，在同樣載體上實現(xiàn)不同功能。聽起來很美好，但研發(fā)起來很困難，能做FPGA器件的廠商一定是大牛中的大牛，因為像英特爾（Intel）、德州儀器（TI）這樣的半導(dǎo)體巨頭也曾嘗試進入這個市場，但都因為這樣那樣的原因鎩羽而歸。目前，全球范圍內(nèi)能夠量產(chǎn)FPGA的企業(yè)屈指可數(shù)， Xilinx、Altera、Lattice和Microsemi都是大家耳熟能詳?shù)拿绹髽I(yè)?？上驳氖?，對技術(shù)和資金要求極高，高門檻、高投入的 FPGA領(lǐng)域， 目前已有了中國企業(yè)的身影，其代表有京微雅格、同創(chuàng)國芯、安路、高云等，他們打破了FPGA市場國外寡頭壟斷的局面，盡管實力還較弱，但我們期待本土 FPGA廠商的春天盡快到來。

　　一、FPGA市場規(guī)模

　　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。目前FPGA正處于一個加速增長的市場勢態(tài)中，增長幅度遠大于其他芯片市場；同時，F(xiàn)PGA行業(yè)平均毛利可觀，據(jù)市場數(shù)據(jù)分析表明其行業(yè)平均毛利大于60%。FPGA行業(yè)也需要更大的市場規(guī)模，以吸引更多的使用者。預(yù)計隨著FPGA產(chǎn)量逐步增加，成本的進一步降低，其市場份額將會持續(xù)增大。

　　圖1 2014-2020年全球FPGA市場規(guī)模

　　二、FPGA應(yīng)用市場

　　目前FPGA的主要應(yīng)用領(lǐng)域是通訊、工控、國防、消費，近年來FPGA最引人關(guān)注的變化趨勢之一就是應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。

　　在FPGA傳統(tǒng)應(yīng)用市場方面，通信逐步實現(xiàn)高速、復(fù)雜協(xié)議，消費電子應(yīng)用則注重低功耗、低成本。此外，F(xiàn)PGA還廣泛應(yīng)用于醫(yī)療電子、安防、視頻、工業(yè)自動化、語音網(wǎng)絡(luò)、半導(dǎo)體制造設(shè)備以及家電等領(lǐng)域。

　　FPGA在工業(yè)中的應(yīng)用主要涉及四大領(lǐng)域，分別是馬達控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、機器視覺和機器人控制。以馬達控制為例，重點是需要降低噪音、減少震動 、降低 EMI，同時獲得更高的控制精度和減少能源消耗等。

　　Xilinx公司最新的Virtex－6和Spartan－6 針對便攜醫(yī)療設(shè)備要求高性能、連接性、低功耗和低成本方面的需求進行了優(yōu)化。下圖是基于Xilinx的FPGA的CT掃描儀、超聲診斷設(shè)備解決方案。

　　圖2 Xilinx 的CT掃描儀解決方案

　　Altera 公司推出的汽車安全駕駛前置攝像方案（見圖3）。

　　圖3 Altera汽車安全駕駛前置攝像方案

　　Microsemi公司推出的工業(yè)馬達控制方案（見圖4）。

　　圖4 Microsemi工業(yè)馬達控制方案。

　　三、FPGA市場競爭

　　目前在全球市場中，Xilinx、Altera兩大公司對FPGA的技術(shù)與市場仍然占據(jù)絕對壟斷地位。兩家公司占有將近90%市場份額，專利達6000余項之多；剩余市場份額主要被Lattice和Microsemi所占有，這兩家的專利也達3000多項。

　　2014年Xilinx、Altera兩大公司營收分別為23.8億美元和19.3億美元；而2014年Lattice和Microsemi（僅FPGA部分）兩公司營收為3.66億美元和2.75億美元。這前四大FPGA市場領(lǐng)先者幾乎壟斷了FPGA的市場份額。

　　FPGA 市場前景誘人，但是門檻之高在芯片行業(yè)里無出其右。全球有60多家公司先后斥資數(shù)十億美元，前赴后繼地嘗試登頂FPGA高地，其中不乏英特爾、IBM、德州儀器、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星這樣的行業(yè)巨鱷，但是最終登頂成功的只有位于美國硅谷的四家公司-Xilinx、 Altera、Lattice、Microsemi。上述4家公司手握9000余項專利，如此之多的技術(shù)專利構(gòu)成的技術(shù)壁壘當(dāng)然高不可攀。

　　FPGA技術(shù)上主要有四個難點：架構(gòu)設(shè)計、硬件實現(xiàn)、軟件開發(fā)以及應(yīng)用IP開發(fā)。如何突破FPGA四家巨頭在架構(gòu)上的專利限制是后進入者首先得面對的問題，要想在FPGA市場上分一口肉，首先要做的就是技術(shù)專利的攻關(guān)。有了技術(shù)專利才有立足的根本。

　　在FPGA四大巨頭以絕對優(yōu)勢兵分天下之時，作為FPGA市場的后來者，本土FPGA廠商一面要攻克技術(shù)難點，一面又要研究專利文獻，規(guī)避人家已布局的專利，再把自己的技術(shù)通過申請專利明確所有權(quán)。

　　現(xiàn)在僅京微雅格，就已申請了160多項專利，布局了“山”“河”“云”“星”四個產(chǎn)品系列，正在從低端向中高端市場邁進。其首創(chuàng)的可定制、可重構(gòu)、可編程的可配置應(yīng)用平臺（CAP—Configurable Application Platform）將FPGA /CPU//SRAM/ASIC/Flash/ADC以及其他功能模塊嵌入在單一芯片中，幫助客戶降低設(shè)計難度，提高產(chǎn)品的可靠性和性價比，受到市場的廣泛歡迎。

　　安路科技已量產(chǎn)ELF和EAGLE系列自主知識產(chǎn)權(quán)可編程邏輯器件產(chǎn)品，相比國外同類FPGA芯片，提供更多邏輯資源、更高性能，更優(yōu)性價比。安路科技開發(fā)的全流程TD軟件系統(tǒng)和硬件芯片完美地結(jié)合在一起，提供了用戶從前端綜合到位流生成的完全開發(fā)平臺。公司在核心架構(gòu)、軟件算法和系統(tǒng)集成方面擁有多項核心技術(shù)專利。

　　同創(chuàng)國芯也在高端市場開始發(fā)力，以Titan高性能系列FPGA為主，定位于通信、信息安全、數(shù)據(jù)中心和醫(yī)療等市場，高性能Titan系列將是打破國外壟斷的拳頭產(chǎn)品。

　　廣東高云半導(dǎo)體科技股份有限公司于2015年3月首款55nm工藝千萬門級電路規(guī)模GW2A-55k芯片流片成功， 此舉標志著在中密度FPGA芯片領(lǐng)域打破了國外壟斷，填補了國內(nèi)空白。

　　盡管本土FPGA產(chǎn)業(yè)已看到些亮點，但我們不得不承認國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)才剛起步，與國際巨頭還存在較大的差距，不論從產(chǎn)品性能、功能、功耗、軟件、應(yīng)用支撐上都有差距。甚至成本上，我們的優(yōu)勢也不大。

　　FPGA是一個技術(shù)密集型的行業(yè)，沒有堅實的技術(shù)功底，很難形成有競爭力的產(chǎn)品，本土FPGA廠商任重而道遠。

　　四、FPGA市場趨勢

　　FPGA 自從上世紀80年代中期被發(fā)明出來以后，已經(jīng)成為半導(dǎo)體市場上重要的核心器件之一。近10幾年來該產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速演進，在器件性能、成本和開發(fā)理念等方面實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，深得系統(tǒng)設(shè)計和半導(dǎo)體設(shè)計工程師的喜愛。下一個十年，F(xiàn)PGA將向更靈活、多重IP化、系統(tǒng)級芯片發(fā)展，F(xiàn)PGA將持續(xù)書寫創(chuàng)新，在軟硬件協(xié)同設(shè)計、工藝創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的引領(lǐng)下實現(xiàn)更大的價值，甚至有人說FPGA未來的前景甚至?xí)?a target="_blank">MCU更美好。

　　FPGA市場有以下趨勢：

　　1. 高密度、高速度、寬頻帶、高保密；

　　2. 低電壓、低功耗、低成本、低價格；

　　3. IP軟/硬核復(fù)用、系統(tǒng)集成；

　　4. 動態(tài)可重構(gòu)以及單片集群；

　　5. 緊密結(jié)合應(yīng)用需求，多元化發(fā)展。

　　五、本土FPGA廠商機遇

　　中國需要自主的FPGA產(chǎn)業(yè)，這是無庸置疑的。FPGA產(chǎn)業(yè)在中國擁有巨大的市場潛力。中國的一些重要科研部門急需也長期需要FPGA，用于國家安全和重點應(yīng)用，比如航天航空、信息安全、知識產(chǎn)品保護等；中國信息產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展將為集成電路提供穩(wěn)定的市場，集成電路的市場前景廣闊；此外，全球電子信息產(chǎn)品制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移的趨勢仍在繼續(xù)。這些因素都將促進中國FPGA需求量的增加。

　　為了滿足經(jīng)濟發(fā)展和國防需求，打破美國的壟斷，中國政府多年來投入了數(shù)百億科研經(jīng)費，通過逆向工程方式仿制美國對我禁運的FPGA產(chǎn)品。但由于知識產(chǎn)權(quán)、生產(chǎn)工藝和軟件技術(shù)等多方面的限制，仿制品種有限，技術(shù)無法突破，還難以滿足國家安全的需要。隨著國際形勢的變化，通過走私進口禁運產(chǎn)品的渠道可能被切斷，進口的關(guān)鍵芯片也可能被人為地嵌入后門通道或定時炸彈等模塊，嚴重危及國家安全。

　　近幾年隨著FPGA應(yīng)用市場的擴大和競爭格局的改變，為中國發(fā)展FPGA產(chǎn)業(yè)提供了機會。FPGA不僅可以幫助設(shè)計企業(yè)降低研發(fā)成本，而且可以幫助他們縮短開發(fā)周期。借助FPGA進行設(shè)計，是電子企業(yè)規(guī)避風(fēng)險、搶占市場先機的有力手段。中國是整機系統(tǒng)的生產(chǎn)大國，中國的IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)也在蓬勃發(fā)展，這都為中國FPGA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件。以FPGA為硬件基礎(chǔ)的設(shè)計平臺將有力地推動中國企業(yè)自主創(chuàng)新，推動中國電子信息產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型提升。

　　伴隨著集成電路芯片產(chǎn)業(yè)“中國強芯”的國家戰(zhàn)略提出，本土FPGA企業(yè)要把脈行業(yè)發(fā)展趨勢，要有全球化視眼，謀劃企業(yè)的發(fā)展，從全產(chǎn)業(yè)鏈布局。

　　搶占FPGA市場需要較強的生態(tài)環(huán)境來支持的，如何高效地打造生態(tài)鏈，是本土FPGA相關(guān)業(yè)者需要認真思考的課題。

　　集成電路的發(fā)展最需要的是資金和人才，F(xiàn)PGA產(chǎn)品的開發(fā)周期長、先期投入大，對資金的壓力可想而知；而且FPGA產(chǎn)品開發(fā)對團隊的完整性要求也較高，如何建立一個比較齊全的開發(fā)團隊并保證這個團隊在較長時間內(nèi)相對穩(wěn)定，對企業(yè)管理和運營資金來說都是不小的挑戰(zhàn)。

　　從全球來看，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)確實在走向平穩(wěn)期，未來會否進入滯漲期不得而知，而中國市場機會最大。FPGA的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，我國七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，包括節(jié)能環(huán)保、新能源、新一代信息技術(shù)、新能源汽車等對于FPGA的應(yīng)用都存在諸多機會，對本土FPGA企業(yè)是一個很大的商機。

　　本土FPGA廠商要先固本，然后求發(fā)展。通過產(chǎn)業(yè)化的單點產(chǎn)品的技術(shù)及工藝突破。 來積聚自身生存的力量，以達成產(chǎn)品系列全面產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)，趕上世界技術(shù)發(fā)展的步伐。在資金充裕條件下，要積極從全球引進FPGA領(lǐng)域的高端領(lǐng)軍人才，逐步培養(yǎng)我國可編程技術(shù)的本土人才。國內(nèi)FPGA廠商也要以點帶面、加強整機企業(yè)對國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的牽引作用、借助國家重大項目推動國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展、適當(dāng)引入資本市場，推動產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

　　希望本土FPGA廠商繼續(xù)加大創(chuàng)新力度，在FPGA軟硬件協(xié)同設(shè)計、工藝創(chuàng)新、集成創(chuàng)新下實現(xiàn)更大的發(fā)展，我們期待本土FPGA產(chǎn)品進入主流市場那一天早日到來。