年度爆火的国产FPGA芯片

  目前FPGA市场仍由美国三大巨头Xilinx（被AMD收购）、Altera（被Intel收购）、Lattice主导，占据八成以上的份额。

  近日，Altera宣布为应对市场压力和经营成本上涨，将对部分FPGA产品系列价格做调整，新价格将于2024年11月24日生效。此次调整旨在确保Altera能够持续提供较为可靠的产品供应，并保持其强大的FPGA解决方案组合，以支持客户需求。

  相较于CPU、GPU，FPGA较少为外界所知，其属于逻辑芯片大类。逻辑芯片按功能可分为四类芯片，即通用处理器芯片（包含中央处理芯片CPU、图形处理芯片GPU、数字信号处理芯片DSP等）、存储器芯片（Memory）、专用集成电路芯片（ASIC）和现场可编程逻辑阵列芯片。

  与其他三类集成电路相比，FPGA芯片的*特点是现场可编程性。无论是CPU、GPU、DSP、Memory还是各类ASIC芯片，在芯片制造完成之后，其芯片的功能就已被固定，用户无法对其硬件功能进行任何修改。而FPGA芯片在制造完成后，其功能并未固定，用户都能够根据自己的实际需要，将自己设计的电路通过FPGA芯片公司提供的专用EDA（电子设计自动化）软件对FPGA芯片进行功能配置，从而将空白的FPGA芯片转化为具有特定功能的集成电路芯片。每颗FPGA芯片均能够直接进行多次不同功能配置，以此来实现不同的功能。

  Susquehanna分析师Chris Rolland曾在报告中指出，FPGA短缺受影响的主要是网络、光学和电信设备。

  FPGA需求大涨源于5G和AI的推动。在5G市场，由于5G通信通道数大幅度的增加，尤其是大规模MIMO里的通道数是此前的数倍到数十倍，因此5G基站单站的FPGA用量就大面积上涨。根据测算，4G基站单站可能只需要1—2块FPGA，5G基站需要4—5块，同时5G基站密度大概是4G基站的1.5倍。因此，5G时代，基站对于FPGA的需求量大概就是4G时代的3倍以上。

  而在AI方面，随着AI和边缘终端的结合越来越紧密，ASIC的弊端开始显现。正常的情况下，芯片用量要达到10万片以上，这样开发ASIC才能够有价值。但在边缘AI领域，大部分市场都达不到这个芯片用量。这部分需求基本都转向了FPGA，通过对FPGA编程，FPGA能够执行ASIC可执行的任何逻辑功能，并且无需等待三个月至一年的芯片流片周期。

  具体到市场应用中，不管是汽车、数据中心、5G通信和工业，都对FPGA有着慢慢的变多的需求。

  当前FPGA市场的现状就是如此，市场空间增速迅猛，然而主要掌握在几家主要国际FPGA芯片公司手中，如今涨价消息的传出对于国内FPGA市场来说，或为压力也或为机遇。

  压力在于，价格持续上涨对用到FPGA的客户来说成本会大幅度的提升，并且需要提防进口产品继续涨价或者缺货的可能性，需要尽快做好备货准备。

  机遇在于，FPGA 芯片的自主化可谓至关重要。如今，Altera 等公司宣布对 FPGA 产品做涨价，国内公司对 FPGA 芯片的多元化供应也产生了强烈诉求。这种现状恰恰为中国 FPGA 的自主研发赋予了强大的内在驱动力，并开辟了广阔的市场空间。

  从目前来看，国产 FPGA 厂商虽在技术实力、产品性能及市场占有率等方面与国际巨头尚有一定差距，但近年来的发展势头不容小觑。

  目前，主流的国内FPGA 厂商已从跟踪研仿国外 FPGA 芯片转变为构建自主定义、自主架构、自主软件的国产 FPGA 生态体系，且该体系已初见雏形。未来几年中国的FPGA企业预计会从目前的10家左右浓缩成3-4家，并且这几家的产品形态、技术路线都会有各自的特点，形成差异化竞争。当前主流的几家FPGA产品线都有些什么特色呢？

  目前，国产 FPGA 主要参与者有紫光同创、安路科技、复旦微电、高云半导体、易灵思、西安智多晶、京微齐力等。其中前三家为头部FPGA厂商。

  业内人士表示，国内纯自主架构做得*的是紫光同创，于2013年成立。当时紫光国微主攻做国产化，另外专门拉了一个团队出来成立了紫光同创，并制定了两大目标：*，要做全自主研发的产品；第二，瞄准华为，要进移动通信。经过十多年的努力，紫光同创成为国内给华为供货量*的FPGA厂商，同时在产业FPGA领域，不管是在技术、产品成熟度、市场规模，还是商业化程度上，紫光同创都是国内最*的。

  其中Titan系列具有高速、高性能的特点。其中Titan-2系列使用先进成熟工艺，支持SERDES高速接口、PCIe Gen3、DDR3/4等高性能模块和接口，为客户提供高性能的可编程解决方案，可大范围的应用于通信、图像视频处理、数据分析、网络信息安全、仪器仪表等行业。

  Logos系列具有超高的性价比的特点。Logos系列FPGA使用先进成熟工艺和全新LUT5结构，集成RAM、DSP、ADC、Serdes、DDR3等丰富的片上资源和IO接口，具备低功耗、低成本和丰富的功能，为客户提供高性价比的解决方案，大范围的应用于工业控制、通信、消费类等领域，是客户大批量、成本敏感型项目的理想选择。

  CPLD产品具有低功耗、低成本的特点。Compa系列CPLD产品，采用成熟工艺和自主产权体系结构，满足低功耗、低成本、小尺寸的设计的基本要求，适用于系统配置、接口扩展和桥接、板级电源管理、上电时序管理、传感器融合等应用需求，大范围的应用于通信、消费电子、无人机、工业控制等领域。

  按照产品硬件架构类型划分，安路科学技术产品类型分为FPGA芯片和FPSoC芯片。其中，FPGA芯片包括 SALPHOENIX 高性能产品系列、SALEAGLE 高效率产品系列、SALELF低功耗产品系列。

  EG4是安路科技推出的“猎鹰”系列新产品，具有低功耗、低成本、高性能等特点。丰富的逻辑资源、DSP、BRAM、高速差分IO等资源，强大的引脚兼容替换性能。在工业控制、通信接入、显示驱动等领域可有效帮助用户提升性能、降低成本。

  AL3是安路科技推出的“猎鹰”系列新产品，具有低功耗、低成本、高性能等特点。丰富的逻辑资源、DSP、BRAM、高速差分IO等资源，强大的引脚兼容替换性能。在工业控制、通信接入、显示驱动等领域可有效帮助用户提升性能、降低成本。

  SALELF系列共有3代产品SALELF 2、SALELF 3和EF3L15单芯片方案，即时启动，无需要外部Flash，支持OTP模式，55nm工艺，部分产品型号内嵌硬核MCU。

  2024年上半年，安路科技新一代现场可编程阵列芯片研发及产业化项目实现了多款PHOENIX系列新产品规格开发，进一步丰富28nm工艺平台产品矩阵，基于先进工艺的高容量高性能FPGA芯片正在支持用户设计导入；现场可编程系统级芯片研发项目完成了低功耗FPSoC芯片及高性能FPSoC芯片研发，量产型号已应用在视频图像和工业控制等领域，正在支持更多用户导入；发展与科技储备基金项目实现了车规FPGA芯片研发和产业化，在新型硬件架构、神经网络加速模块、高性能IP、EDA软件前沿算法、先进封装等技术领域实现丰富研发成果，提升了公司在汽车电子、数据中心、运算加速等重要领域的技术积累。

  复旦微电2018年国内首家推出亿门级FPGA产品后，持续不断地推进该产品的谱系化，货架产品逐步的丰富。28nm亿门FPGA产品经过多年推广，得到了客户的认可，产品应用场景也在扩大，并已形成千万门级FPGA芯片、亿门级FPGA芯片、十亿门级FPGA芯片和嵌入式可编程器件PSoC产品系列，覆盖通信、工业控制、汽车电子等高可靠性领域。

  当前复旦微电FPGA主要是以28nm的产品为主。2024 年上半年，公司完成了新一代PSoC 产品的流片，并积极推动新一代FPGA 和PSoC 产品的产品化工作，未来将结合先进封装技术，在新一代FPGA 平台上进一步丰富谱系，持续推出更具竞争力的FPGA、PSoC 以及FPAI 产品。

  总的来看，目前，国内厂商在低容量FPGA技术上已较为成熟，这些FPGA的逻辑单元小于100k，主要特征是低成本和低功耗，集中在55nm、40nm和28nm这三个制程节点。大部分国产厂商在2019年及之前就已经推出了此类产品。在28nm的中低容量市场，国内FPGA厂商也已经推出了成熟的产品。中容量FPGA的逻辑单元在100k-500k之间，主要使用在于无线通信、工业、汽车和国防领域。而500K以上的高容量FPGA仍是目前国产化的难点。

  28nm生命周期比以往代际更长，国产厂商追赶空间更广。作为典型的数字芯片，FPGA生命周期一般只有10～15年，快速迭代的特征使其收入的顶峰往往发生在推出之后的第4～5年，60%收入在前6年发生，随后是量价齐跌的市场。因此，市场玩家必须努力竞逐制程*，因为制程落后厂商往往没办法取得足够的收入以支撑下一代产品的开发。而28nm生命周期比以往代际更长，国内厂商制程在 28-90nm 的产品为主，这无疑给予了国产厂商更宽广的发展空间。

  中国大陆FPGA市场以容量500K产品为主。目前全球容量*的FPGA为Xilinx在2023年6月27日推出的VP1902（Versal Premium），逻辑单元数高达18,507k，是国内的46倍。虽然在容量上，国产厂商与国际厂商还存在比较大差距，但是从中国的市场需求来看，本土FPGA 市场目前以容量500K产品为主，而这一市场也是当下国产厂商所擅长的。

  冲高端，也是国产厂商的机遇之一。虽然低端 FPGA 市场规模*，但是进入壁垒相比来说较低，在位企业难以产生垄断性的优势。此外，随着未来 10 年 FPGA 向 16nm 及更先进节点迁移，目前 FPGA 本土厂商需要仔细考虑的是在更先进节点占据先发优势。因此，高端 FPGA 是本土厂商想要快速成长所必须进入的市场。目前也能够正常的看到厂商们为此做出的努力与投入。目前，国产 FPGA 的*进制程达到 14/16nm。例如，2019 年紫光国微官网新闻曾显示，紫光同创已启动 14nm 亿门级高端 FPGA 的研发工作。复旦微电于 2021 年开启 14/16nm 产品的研发，在 2023 年，该公司 1xnm 制程的十亿门级 FPGA 产品完成了小批量试制并进行了用户试用，且实现了小规模销售。

  从市场角度来看，数据中心等高端应用领域，市场空间也极为广阔。从下游应用看，目前*的FPGA两大领域——原型验证、数据中心加速计算，国产厂商进入难度较大。近日，安路科技在回答投资者问时表示，公司FPGA产品目前在数据中心领域已有部分应用，但尚未有量产产品直接应用于运算加速领域。

  与此同时，与 CPU、GPU、ASIC 等产品相比，FPGA 芯片具备较高的利润率。中低密度百万门级、千万门级的 FPGA 芯片研发企业，其利润率接近 50%；而高密度亿门级 FPGA 芯片研发企业的利润率则将近 70%。研发并制造更为高端的 FPGA 产品，有助于提升国产FPGA公司整体的收入表现。