FPGA 是可以先購(gòu)買再設(shè)計(jì)的“萬(wàn)能”芯片。FPGA （Field-Programmable Gate Array）現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，是在硅片上預(yù)先設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的具有可編程特性的集成電路，它能夠按照設(shè)計(jì)人員的需求配置為指定的電路結(jié)構(gòu)，讓客戶不必依賴由芯片制造商設(shè)計(jì)和制造的 ASIC 芯片。廣泛應(yīng)用在原型驗(yàn)證、通信、汽車電子、工業(yè)控制、航空航天、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。

Altera LUT4 架構(gòu)

技術(shù)趨勢(shì)：制程迭代驅(qū)動(dòng) 33 年發(fā)展，平臺(tái)型產(chǎn)品是未來(lái)

1985 年賽靈思發(fā)明 FPGA 以來(lái)，其容量提高了一萬(wàn)倍以上，速度提高了一百倍以上，價(jià)格和能耗縮小了一千倍以上。受到先進(jìn)制程迭代的推動(dòng)，F(xiàn)PGA 的架構(gòu)不斷更新。1985 年，Xilinx 公司推出了全球第一款 FPGA 產(chǎn)品 XC2064，采用 2μm 工藝，包含 64 個(gè)邏輯模塊和 85,000 個(gè)晶體管，門數(shù)量不超過(guò) 1000 個(gè)。對(duì)比 2016 年賽靈思發(fā)布的 VIRTEX UltraScale，16nm 制程，系統(tǒng)邏輯單元最高達(dá)378 萬(wàn)個(gè)。FPGA 制程迭代在提高算力的同時(shí)降低了功耗，減小了芯片面積，推動(dòng)了 FPGA 的性能提升。 未來(lái)，在技術(shù)趨勢(shì)上，制程迭代+平臺(tái)產(chǎn)品將是未來(lái)產(chǎn)品發(fā)展方向。我們?nèi)匀豢春孟冗M(jìn)制程帶給 FPGA 的性能提升，同時(shí)新的產(chǎn)品形態(tài)（平臺(tái)型產(chǎn)品）的出現(xiàn)讓FPGA 性能有了進(jìn)一步提升的可能。Xilinx 和 Intel 相繼發(fā)布 ACAP 和 Agilex 平臺(tái)型產(chǎn)品，根據(jù) Xilinx 披露的數(shù)據(jù)，新的平臺(tái)型產(chǎn)品速度超過(guò)當(dāng)前最高速的 FPGA 20倍、比目前最快的 CPU 快 100 倍，該平臺(tái)面向數(shù)據(jù)中心、有線網(wǎng)絡(luò)、5G 無(wú)線和汽車駕駛輔助應(yīng)用。產(chǎn)品進(jìn)展方面，2019 年 6 月 19 日 Versal AI Core 及 Versal Prime系列組件小規(guī)模出貨，量產(chǎn)時(shí)間預(yù)計(jì)在 2019 下半年。

技術(shù)、專利、人才壁壘高，國(guó)產(chǎn)替代迎難而上

FPGA是一個(gè)技術(shù)壁壘高的行業(yè)，有人認(rèn)為FPGA公司就是半個(gè) IC 設(shè)計(jì)公司+半個(gè)軟件公司，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且良率低，軟硬協(xié)同再提研發(fā)難度。FPGA 企業(yè)的硬件開(kāi)發(fā)部分屬于典型的 IC 設(shè)計(jì)企業(yè)，與一般 IC設(shè)計(jì)企業(yè)不同的是，由于 FPGA 硬件需要配套 EDA 軟件一起使用，F(xiàn)PGA 公司通常需要自行研發(fā)適配自家硬件的 EDA 軟件，因此也算半個(gè) EDA 軟件公司。由于FPGA 版圖及布線復(fù)雜，硬件設(shè)計(jì)難度較大，加之軟件和硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)工程的難度再升級(jí)。 核心專利被頭部公司壟斷，國(guó)產(chǎn)廠商披荊斬棘艱難前行，專利有效期結(jié)束或帶來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)。在專利上國(guó)外廠商目前占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，Xilinx 和 Altera （Intel）在 FPGA 領(lǐng)域的專利數(shù)近 10,000 個(gè)，而國(guó)產(chǎn)廠商如紫光同創(chuàng)專利數(shù)僅約 200 項(xiàng)，相差懸殊。未來(lái)隨著部分專利的有效期結(jié)束，及國(guó)產(chǎn)廠商在新專利上的突破，專利上的壟斷格局或迎來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)。 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化程度低，硬件自主可控進(jìn)程難以阻擋，國(guó)產(chǎn)當(dāng)自強(qiáng)。產(chǎn)業(yè)鏈角度來(lái)看，硬件產(chǎn)業(yè)鏈中目前自主可控程度較低，尤其在高端半導(dǎo)體設(shè)備和材料領(lǐng)域，未來(lái)產(chǎn)業(yè)鏈上下游國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程的推進(jìn)也將助力國(guó)產(chǎn) FPGA 加速發(fā)展。 硬件部分上游：EDA+IP。硬件開(kāi)發(fā)用的EDA仍是Cadence、Synopsys及 MentorGraphics，IP來(lái)源包括外部授權(quán)和內(nèi)部開(kāi)發(fā)。 硬件部分下游：代工廠+封測(cè)。其中代工廠國(guó)內(nèi)廠商主要與臺(tái)積電及中芯國(guó)際合作，封測(cè)主要和日月光等合作。

FPGA 硬件產(chǎn)業(yè)鏈 全球 63 億美元市場(chǎng)，Xilinx 與 Intel雙寡頭

FPGA 是集成電路大產(chǎn)業(yè)中的小領(lǐng)域，5G 和 AI 為行業(yè)增長(zhǎng)提供確定性，國(guó)產(chǎn)替代疊加行業(yè)增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn) FPGA 市場(chǎng)騰飛在即。根據(jù) WSTS 的數(shù)據(jù)，2018 年全球集成電路市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 4,688 億美元，同期全球 FPGA 市場(chǎng)規(guī)模約 63 億美元，僅占集成電路市場(chǎng)約 1.34%。市場(chǎng)雖小，但未來(lái)受益于 5G 基礎(chǔ)設(shè)施全球布局及 AI技術(shù)持續(xù)發(fā)展，F(xiàn)PGA 行業(yè)需求量增長(zhǎng)具確定性。行業(yè)增長(zhǎng)下，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程將進(jìn)一步加速國(guó)產(chǎn) FPGA 的增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2017 年國(guó)內(nèi)FPGA 市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)率低于 1%，隨著技術(shù)突破，國(guó)產(chǎn) FPGA 騰飛在即。

全球 FPGA 市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)攀升，亞太是 FPGA 主要市場(chǎng)，未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展可期。根據(jù) Gartner 的數(shù)據(jù)，全球 FPGA 市場(chǎng)規(guī)模 2019 年達(dá)到 69 億美元，2025 年達(dá)到 125億美元，未來(lái)市場(chǎng)增速穩(wěn)中有升。亞太區(qū)占比達(dá)到 42%，是 FPGA 主要市場(chǎng)，中國(guó) FPGA 市場(chǎng)規(guī)模約 100 億人民幣，未來(lái)隨著中國(guó) 5G 部署及 AI 技術(shù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)FPGA 規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大。

全球 FPGA 市場(chǎng)規(guī)模 國(guó)外三巨頭占據(jù) 90%全球市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)廠商暫時(shí)落后。FPGA 市場(chǎng)呈現(xiàn)雙寡頭壟斷格局，Xilinx 和 Intel 分別占據(jù)全球市場(chǎng) 56%和 31%，在中國(guó) FPGA 市場(chǎng)中，占比也高達(dá) 52%和 28%，由于技術(shù)、資金、人才上的壁壘及 FPGA 量產(chǎn)帶來(lái)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者地位較為穩(wěn)定。

全球 FPGA 市場(chǎng)份額按公司分布 國(guó)產(chǎn)廠商目前在中國(guó)市場(chǎng)占比約 4%，未來(lái)隨著國(guó)產(chǎn)廠商技術(shù)突破，F(xiàn)PGA 領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)替代或?qū)⑹前賰|級(jí)的機(jī)會(huì)，替代空間廣闊。

中國(guó) FPGA 市場(chǎng)份額按公司分布 國(guó)產(chǎn)FPGA主要公司1、京微齊力：二次創(chuàng)業(yè)，瞄準(zhǔn)AI云邊端論成立時(shí)間，京微齊力是算是最晚的，2017年6月才成立。但論野心和經(jīng)驗(yàn)，京微齊力絲毫不輸于其他國(guó)產(chǎn)FPGA廠商。 京微齊力成立于2017年6月，定位是中國(guó)最優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)FPGA及新一代異構(gòu)可編程計(jì)算芯片的供應(yīng)商。 其創(chuàng)始人兼CEO王海力本科畢業(yè)于國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)，碩士和博士畢業(yè)于清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系EDA專業(yè)。 2015年年底，還在清華大學(xué)讀博士的王海力加入一家新成立的中外合資FPGA公司雅格羅技，這家公司在北京市引導(dǎo)資金的支持下于2010年更名為“京微雅格”。 在國(guó)家及地方項(xiàng)目的支持下，京微雅格自主研發(fā)的從低規(guī)格到高規(guī)格的FPGA產(chǎn)品系列陸續(xù)量產(chǎn)。可惜時(shí)運(yùn)不濟(jì)，到2016年，前期開(kāi)發(fā)產(chǎn)品市場(chǎng)推廣受阻、項(xiàng)目資金遲遲未落實(shí)等多重原因，致使京微雅格運(yùn)營(yíng)陷入困境，上百名員工離職。 在征求原公司股東的同意后，包括王海力在內(nèi)的公司僅剩8名堅(jiān)守員工于2017年6月成立京微齊力，成立不到2個(gè)月便拿到了近700萬(wàn)元天使輪融資，次年1月又獲得由?？祷痤I(lǐng)投的數(shù)千萬(wàn)元Pre-A輪融資。

人才方面，原公司核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)是國(guó)內(nèi)第一批正向設(shè)計(jì)FPGA芯片的成員，王海力將其中部分專家重新招入麾下，將團(tuán)隊(duì)發(fā)展到逾50人。 重整旗鼓的京微齊力，在獲得京微雅格上百件專利和專有技術(shù)的授權(quán)及二次開(kāi)發(fā)權(quán)后，不僅面向通信、工業(yè)、醫(yī)療等場(chǎng)景提供傳統(tǒng)FPGA芯片，還瞄準(zhǔn)云端服務(wù)器、消費(fèi)類智能終端等新興場(chǎng)景，研發(fā)新一代AI可編程芯片AiPGA、邊緣異構(gòu)芯片HPA、嵌入式可編程eFPGA三大系列產(chǎn)品。 截至2019年9月，公司已實(shí)現(xiàn)銷售過(guò)千萬(wàn)元，超過(guò)上一年全年。除已量產(chǎn)的40nm FPGA芯片外，該公司也在發(fā)力中高端FPGA產(chǎn)品，開(kāi)始研發(fā)新一代28nm/22nm FPGA產(chǎn)品。 2、上海遨格芯：從編譯軟件切入生態(tài)鏈上海遨格芯微電子（AGM）成立時(shí)間比京微齊力早兩年，為一家中低端、低密度FPGA的芯片提供商。 該公司由來(lái)自美國(guó)硅谷知名可編程邏輯芯片企業(yè)的團(tuán)隊(duì)和國(guó)內(nèi)資深工程團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦，以開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的編譯軟件開(kāi)始，兼容切入現(xiàn)有FPGA軟件的生態(tài)鏈。 在成立最初兩年，沒(méi)有背景的AGM團(tuán)隊(duì)擠在上海張江集電港的一個(gè)共創(chuàng)空間里，默默地打磨產(chǎn)品、給客戶試用。 在看到智能手機(jī)風(fēng)口后，AGM推出一款用于智能手機(jī)及物聯(lián)網(wǎng)的FPGA芯片，并通過(guò)了三星公司嚴(yán)格的供應(yīng)商測(cè)試認(rèn)證，成為三星Galaxy手機(jī)除萊迪斯外唯一備選的FPGA器件，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)FPGA公司出口零的突破。 經(jīng)過(guò)近幾年的產(chǎn)品迭代及市場(chǎng)擴(kuò)展，AGM逐漸積累起較穩(wěn)定的客戶，并形成面向CPLD、FPGA、FPGA+CPU、SoC等方向的多個(gè)產(chǎn)品線，產(chǎn)品覆蓋消費(fèi)電子、工業(yè)、通信、AI計(jì)算等市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)FPGA領(lǐng)域表現(xiàn)亮眼的一匹“黑馬”。 3、廣東高云：首款28nm中高密度FPGA相較AGM，廣東高云半導(dǎo)體在國(guó)內(nèi)FPGA的知名度或許相對(duì)更高。 其CEO朱璟輝和SVP宋寧都曾在萊迪斯工作。朱璟輝從清華大學(xué)畢業(yè)后，曾于1996年-2011年在萊迪斯任職，歷經(jīng)七代FPGA產(chǎn)品的研發(fā)；宋寧在萊迪斯、Cadence均曾任職高級(jí)工程師。 目前其研發(fā)團(tuán)隊(duì)逾百人，在硅谷、上海、濟(jì)南均建立了研發(fā)中心，核心技術(shù)人員平均從事核心FPGA軟件、硬件技術(shù)開(kāi)發(fā)超過(guò)15年以上；其產(chǎn)品已經(jīng)滲透到十多個(gè)行業(yè)中，在通信、工控、消費(fèi)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。 自2014年成立以來(lái)，高云半導(dǎo)體堅(jiān)持正向設(shè)計(jì)，先后推出晨熙、小蜜蜂兩個(gè)家族、4個(gè)系列的FPGA產(chǎn)品，涵蓋了11個(gè)型號(hào)、50多種封裝的芯片、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)EDA開(kāi)發(fā)軟件并持續(xù)改進(jìn)。 2015年一季度，該公司量產(chǎn)出國(guó)內(nèi)第一塊產(chǎn)業(yè)化的55nm工藝400萬(wàn)門的中密度FPGA芯片，并開(kāi)放開(kāi)發(fā)軟件下載；2016年第一季度又順利推出國(guó)內(nèi)首顆55nm嵌入式Flash SRAM的非易失性FPGA芯片；2018年，高云宣布研發(fā)成功國(guó)內(nèi)首款28nm中高密度FPGA芯片GW3AT-100。 2019年，高云半導(dǎo)體邁出向新興運(yùn)算平臺(tái)拓展的重要一步，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)SoC FPGA的產(chǎn)品化，推出各種支持Arm、RISC-V軟/硬核的FPGA產(chǎn)品，在此基礎(chǔ)上高云半導(dǎo)體研發(fā)了GoAI解決方案，性能較單獨(dú)使用Cortex-M類微控制器提高了78倍以上。

4、深圳紫光同創(chuàng)：高性能FPGA已量產(chǎn)商用安路科技、紫光同創(chuàng)和高云半導(dǎo)體曾被臺(tái)媒稱為“國(guó)內(nèi)FPGA三架馬車”。 紫光同創(chuàng)是紫光集團(tuán)旗下紫光國(guó)微的子公司，成立于2013年，有十余年可編程邏輯器件研發(fā)經(jīng)歷，布局覆蓋高中低端FPGA產(chǎn)品。 紫光同創(chuàng)具備大規(guī)模FPGA全流程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力，產(chǎn)品市場(chǎng)覆蓋航天航空、通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全、AI、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。 早在2015年，紫光同創(chuàng)就成功推出國(guó)內(nèi)第一款實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)門級(jí)規(guī)模的全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)高性能FPGA芯片Titan系列，采用40nm工藝，可編程邏輯資源最高達(dá)18萬(wàn)個(gè)，已廣泛應(yīng)用于通信、信息安全等領(lǐng)域。 Titan系列高端FPGA產(chǎn)品PGT180H已向國(guó)內(nèi)多家領(lǐng)先通信設(shè)備廠商批量供貨，該型號(hào)產(chǎn)品去年全年銷售額近1億元。 今年3月，紫光同創(chuàng)推出Logos-2系列高性價(jià)比FPGA，采用28nm CMOS工藝，相較上一代40nm Logos系列FPGA性能提升50%，總功耗降低40%，可滿足工業(yè)自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、視頻圖像處理等應(yīng)用需求，已量產(chǎn)發(fā)貨。 5、西安智多晶：小米為第四大股東去年9月，小米旗下長(zhǎng)江小米產(chǎn)業(yè)基金以227.7萬(wàn)人民幣投資智多晶，持股9.26%，成為智多晶第四大股東。 智多晶的創(chuàng)始人賈紅也是清華學(xué)子，1982年考入清華大學(xué)核物理專業(yè)，1992年赴美讀書(shū)，到2012年與幾位志同道合的朋友一拍即合，回到陜北家鄉(xiāng)發(fā)展最快的西安高新區(qū)創(chuàng)業(yè)，成立智多晶，隨后還在北京設(shè)有EDA軟件研究中心。 其創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)擁有超過(guò)20年的FPGA設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，曾就職于海外該領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)，并擔(dān)任多個(gè)專業(yè)方向技術(shù)帶頭人。 智多晶曾于2013年10月正向研發(fā)出首款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編智能FPGA芯片，據(jù)說(shuō)是全球除四家美國(guó)公司之外，第五個(gè)跨過(guò)技術(shù)門檻的團(tuán)隊(duì)。

▲智多晶展位現(xiàn)場(chǎng) 目前智多晶已實(shí)現(xiàn)55nm、40nm中密度FPGA的量產(chǎn)，并針對(duì)性推出了內(nèi)嵌Flash、SDRAM等集成化方案產(chǎn)品，截至2018年已批量發(fā)貨2KK片，2019年芯片銷售額有望破1億元。 智多晶現(xiàn)有產(chǎn)品Seagull 1000系列CPLD芯片、Sealion 2000系列FPGA芯片等已受到市場(chǎng)認(rèn)可，2017年以來(lái)累計(jì)出貨量逾一千萬(wàn)片。 其產(chǎn)品覆蓋市場(chǎng)包括LED驅(qū)動(dòng)、視頻監(jiān)控、圖像處理、智能儀表、工業(yè)控制、4G/5G通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等，已與富士通、諾瓦電子、?？低?/u>等多家知名企業(yè)建立合作關(guān)系，并開(kāi)始研發(fā)測(cè)試智能人臉識(shí)別芯片。 去年該公司已在積極籌劃28nm FPGA芯片的研發(fā)落地。 此外，智多晶還于2017年并購(gòu)了平臺(tái)化FPGA軟件解決方案的開(kāi)創(chuàng)者——北京飄石科技，借此進(jìn)一步完善軟件布局。飄石科技成立于2007年，曾參與或獨(dú)立完成10多個(gè)系列、近30款世界主流FPGA廠商及FPGA初創(chuàng)公司的FPGA器件的開(kāi)發(fā)軟件支持。 6、上海安路科技：28nm今年批量供應(yīng)2020年5月19日，在上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，上海安路科技自主完成的“基于混合粒度邏輯結(jié)構(gòu)的自主FPGA研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目榮獲2019上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。 安路科技成立于2011年，總部位于上海張江，2014年獲中信資本投資，2015年獲杭州士蘭微和深圳創(chuàng)維集團(tuán)聯(lián)合投資，2017年獲華大半導(dǎo)體和上?？萍紤?zhàn)略投資。 安路科技團(tuán)隊(duì)已從2019年初的120人擴(kuò)張到逾200人，量產(chǎn)及在研產(chǎn)品覆蓋高中低端，面向數(shù)據(jù)中心、AI、通信、工業(yè)控制、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。