2020年12月14日 | 从多维度，看FPGA国产化“征途”

凭着“可编程性”和“灵活性”等特性，FPGA近几年在5G通信、人工智能等具有较频繁的迭代升级周期、较大的技术不确定性的领域大放异彩。

根据Market Research Future数据显示，FPGA全球市场规模近年来稳步增长，从2013年的45.63亿美元增至2018年的63.35亿美元，预计2025年有望达到约125.21亿美元。

在应用起量的过程中，国内高端产品完全依赖进口、研发人才极度短缺、核心专利受限等情况也越发凸显。由于起步时间较晚，国内FPGA企业想要实现市场突围困难重重。

与此同时，当前中美贸易战影响下，国产化替代成为了市场的发展主旋律，但从当前国内的FPGA产品研发水平来看，要实现FPGA国产化替代，仍然有很长的路要走。

寡头垄断特性显著

全球FPGA市场呈现寡头垄断格局，87%市场份额被赛灵思与英特尔（2015年收购Altera）占据，分别以56%和31%的占有率居于第一和第二；而Lattice与MicroChip（2018年收购Microsemi）分别位列第三和第四，共占有5.6%的市场份额。上述四家美国企业合计占有全球FPGA市场份额达92%以上。

从市场布局情况来看，赛灵思和英特尔主要布局的方向为数据中心、5G以及AI，主打平台为异构多核及自适应加速器平台；Lattice主要聚焦消费、工业互联等领域；而Microsemi由于采用反熔丝工艺，具备独到的加密性，因此其主要聚焦航空航天、军工及其他与加密相关的市场。

对于国内FPGA企业而言，所处市场可以说“僧多肉少”。

集微网了解到，目前国内布局FPGA企业主要包括复旦微、安路科技、高云半导体、智多晶、771/772所、AGM、京微齐力等企业。

数据显示，2019年全球FPGA市场规模约69亿美元，中国FPGA市场约120亿人民币，其中民用市场约100亿，国产渗透率仅约4%。

面对高额的研发投入，市场应用情况不容乐观，当前国内FPGA企业仍然处于持续亏损阶段，尚未有企业实现自负盈亏。

以复旦微为例，其2020上半年FPGA产品营收约6221.55万元，而一次先进工艺投片费用就要大几千万，千万级的营收规模似乎显得微不足道。

在工艺制程方面，国内FPGA产品与国际先进水平也相差较大。

工艺制程相差2代以上

笔者了解到，目前国外龙头赛灵思工艺技术已达7nm、10nm级，可实现4-5亿门器件规模。而国内企业目前工艺技术大规模量产的是40nm级，28nm级的FPGA仍处于研发测试阶段，尚未大规模商用。

以复旦微为例，其在FPGA领域涉足最久，且是目前国内FPGA电路规模最大的企业之一，在技术方面也较为靠前。

据了解，2018年第二季度复旦微率先推出28nm工艺制程的亿门级FPGA产品，SerDes传输速率达到最高13.1Gbps，并在2019年正式销售；目前，其正在28nm工艺制程上研发基于FPGA的PSoC芯片，同时还开启了14/16nm工艺制程的10亿门级FPGA产品的研发进程。

“复旦微与美国同行的技术差距最少是三代，甚至三代以上。”Xilinx（赛灵思）数据中心架构师唐杰此前表示，从工艺情况来看，赛灵思2013年发布28nm产品，当前已经到7nm，而复旦微则刚启动14/16nm工艺制程产品的研发进程，从工艺讲差了两代；在关键的指标I/O方面，复旦微芯片I/O能力只有10G，赛灵思已经发展到100G，相差3代。

据了解，虽然其已经推出28nm工艺制程的FPGA产品，但在应用市场方面，复旦微产品主要针对军工领域，并未在商业市场有所应用。当前国内FPGA商用市场仍主要以40nm、55nm工艺制程器件为主。

中低端密度产品“破圈”

尽管在先进工艺制程方面，国产FPGA技术落后较多，但在中低端密度相同产品中，国内FPGA产品性能丝毫不逊色，甚至部分性能、功能要超越国外器件。

具体而言，由于国外器件前期已经在国内市场应用，当客户在应用过程中向其反馈需求时，由于其产品多为标准化器件，不会针对性对某些客户需求进行优化更新，这便给国产FPGA企业带来机会。

高云半导体资深产品市场经理赵生勤表示：“我们会在国外器件的基础上，结合客户反馈的关于国外器件一些做不到的地方，优化出我们的产品，所以在同级别的竞争上，国内的FPGA器件在性能、功能、功耗等方面，与国外相比并没有劣势。”

“在中美贸易战摩擦影响下，国产化替代需求强劲，但由于起步时间较晚，FPGA产品技术壁垒较高，产品迭代优化均需要长期积累，在高端器件产品方面，国产FPGA仍然需要较长时间积累方能有所突破。”赵生勤补充道。

国产替代道阻且长

集微网了解到，虽然近几年国内FPGA厂商在市场应用过程中有所突破，在技术方面也取得了一定成绩，但国产FPGA仍然在生态系统、专利技术、研发人才、研制难度等方面面临巨大挑战。

生态系统建设方面，FPGA与CPU类似，需要大量的支持者提供良好的开发环境，从而增强整个FPGA生态的建设力度，这样才能有助于后续产品的推广，而国产芯片器件刚刚起步，目前的生态系统十分不完善，需要花费大量的人力、物力及时间来建设。

专利技术方面，国外拥有FPGA约1.6-2万项专利，且许多都是核心专利；而国内拥有的FPGA研发相关专利不超过1000项，在FPGA核心技术方面较为欠缺；

人才方面，资料显示，全球FPGA核心人才大部分都在美国，人数规模1万人以上，少部分在新加坡等地；而国内FPGA研发人才稀少，人数不足1000人，与国外技术人才数量差距巨大，且国外FPGA人才的储备能量也远远高于国内。

研制难度较大，FPGA与CPU类似，需要行业内最先进的工艺和最优秀的供应链资源来研制，如7nm/10nm的芯片需要业内最顶尖的封装技术来封装，且FPGA对测试能力要求极高，因为FPGA的灵活特性，决定了其在测试阶段很难做到100%覆盖，若测试覆盖不全面，则会影响产品的品质与销售，因此FPGA芯片的研发与生产需要多方面优质供应链的配合。

然而，国外巨头如赛灵思等垄断了行业内最优秀的供应商资源，如封装厂及测试机构，进一步加大了FPGA的整体研制难度。

与此同时，FPGA还面临较长的生命周期。

“FPGA是生命周期可达15-20年的产品，且背后要付出巨大的投入。”一位不愿具名的业内人士向集微网表示，一款采用新工艺的FPGA产品的研发周期约3-5年，研发成功后对产品的催熟和量产还需1-2年，量产后到客户项目量产落地还需1-2年，而落地后到产品真正普及成为市场主流还需3年左右的时间，因此FPGA芯片的前期准备时间非常长，粗略估算大约需要5-8年的时间。如果按此时间估算，想要实现国产高端FPGA产品替代，仍然至少需要5年时间，甚至更久。