本文來(lái)自“FPGA專題：萬(wàn)能芯片點(diǎn)燃新動(dòng)力，國(guó)產(chǎn)替代未來(lái)可期（2023）”，全球范圍內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展可分為兩個(gè)階段。

（1）第一階段是20世紀(jì)80年代開(kāi)始的創(chuàng)業(yè)潮與行業(yè)壟斷化。Lattice、Altera、Xilinx和Actel在1983~1985年陸續(xù)成立，并迅速成長(zhǎng)為FPGA行業(yè)四大龍頭；2010年后Xilinx和Altera已經(jīng)占據(jù)80%以上的市場(chǎng)份額，剩余份額則大部分被Lattice和Actel瓜分。

（2）第二階段是從2010年開(kāi)始、以大型并購(gòu)案為特點(diǎn)的行業(yè)洗牌。隨著半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)FPGA的重視加大，Microchip、Intel和AMD等半導(dǎo)體龍頭紛紛下場(chǎng)收購(gòu)與整合FPGA業(yè)務(wù)，尤其是Xilinx和Altera分別與母公司AMD和Intel形成CPU+FPGA的集合優(yōu)勢(shì)，戰(zhàn)略部署數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。中國(guó)FPGA產(chǎn)業(yè)起步和發(fā)展較晚。復(fù)旦微電子自2004年開(kāi)始進(jìn)行FPGA研發(fā)，布局相對(duì)較早，安路科技和紫光同創(chuàng)也于2011和2013年相繼成立。

國(guó)際龍頭廠商產(chǎn)品矩陣完整性高，覆蓋面廣。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已形成全面覆蓋從數(shù)十K至數(shù)千K個(gè)邏輯單元量級(jí)、從低端到高端的全系列產(chǎn)品線，已可對(duì)工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領(lǐng)域形成全面覆蓋。

AMD（Xilinx）FPGA相關(guān)產(chǎn)品矩陣主要包括：四大FPGA產(chǎn)品系列（VIRTEX、KINTEX、ARTIX、SPARTAN），以及集成度更高的兩大自適應(yīng)SoC（Adaptive SoC）系列（ZYNQ、VERSAL）。

（1）從芯片制程來(lái)看，主要有UltraScale+（16nm）、UltraScale（20nm）、7系列（28nm）和6系列（45nm）四大類，VERSAL則是整體升級(jí)為7nm制程。

（2）從芯片架構(gòu)來(lái)看，F(xiàn)PGA單芯片向更先進(jìn)工藝、更高速電路結(jié)構(gòu)、復(fù)雜異構(gòu)SoC系統(tǒng)發(fā)展，AMD（Xilinx）的VERSAL系列產(chǎn)品中集成了PCIe、Ethernet通信協(xié)議以及AI引擎、NoC架構(gòu)等。

（3）從產(chǎn)品價(jià)格來(lái)看，隨著產(chǎn)品定位從低端走向高端，F(xiàn)PGA容量等指標(biāo)不斷提升，通信架構(gòu)逐漸升級(jí)，對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)板的價(jià)格也從數(shù)百美元逐步增加到一萬(wàn)多美元。

（4）從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，數(shù)據(jù)中心等高端應(yīng)用所適用的FPGA芯片大多為高端FPGA產(chǎn)品線，僅有少部分中高端FPGA也能夠滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)加速需求。

觀點(diǎn)#1：在高端FPGA硬件水平上，國(guó)產(chǎn)廠商與國(guó)際龍頭尚存在較大差距

首先在制造工藝方面，AMD（Xilinx）Versal系列已經(jīng)進(jìn)入7nm制程工藝，Intel（Altera）與之對(duì)標(biāo)的Agilex系列也已采用Intel 7制程工藝。國(guó)產(chǎn)廠商目前尚處于28nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，且在28nm產(chǎn)品的推出節(jié)點(diǎn)上落后于兩大國(guó)際龍頭近十年。作為FPGA芯片性能的基礎(chǔ)性指標(biāo)，芯片制程仍然是國(guó)產(chǎn)替代突圍的關(guān)鍵。

其次是硬件架構(gòu)方面，國(guó)際龍頭已經(jīng)開(kāi)始在高端產(chǎn)品中使用先進(jìn)的NoC片上通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及兼顧內(nèi)存容量與帶寬的HBM存儲(chǔ)架構(gòu)，AMD（Xilinx）更是開(kāi)創(chuàng)ACAP的新型異構(gòu)模式，因此架構(gòu)創(chuàng)新與升級(jí)也是國(guó)產(chǎn)廠商未來(lái)發(fā)展需要攻克的難關(guān)。

在應(yīng)用領(lǐng)域方面，行業(yè)龍頭企業(yè)AMD（Xilinx）、Intel（Altera）的產(chǎn)品已可對(duì)工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領(lǐng)域形成全面覆蓋，國(guó)產(chǎn)廠商現(xiàn)階段的產(chǎn)品線尚有不足。與硬件水平的問(wèn)題殊途同歸，國(guó)產(chǎn)FPGA首先需要突破先進(jìn)的硬件技術(shù)，才能夠在高端應(yīng)用領(lǐng)域占有一席之地，而目前國(guó)產(chǎn)FPGA尚處于中低端市場(chǎng)，自主可控道阻且長(zhǎng)。

AMD、Intel雙寡頭主導(dǎo)市場(chǎng)，中端市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇顯現(xiàn)。全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局穩(wěn)定，國(guó)際龍頭占據(jù)絕對(duì)市場(chǎng)份額。根據(jù)Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，2019年全球前四大FPGA廠商合計(jì)占據(jù)94.4%的市場(chǎng)份額，其中，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）分別占據(jù)51.7%、33.7%的絕對(duì)份額，具有難以撼動(dòng)的市場(chǎng)地位。

中國(guó)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局主要呈現(xiàn)兩大特點(diǎn)：（1）國(guó)產(chǎn)FPGA廠商開(kāi)始崛起。近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)漸漸進(jìn)入FPGA市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)FPGA廠商已占有一席之地。

測(cè)算，主要國(guó)產(chǎn)FPGA設(shè)計(jì)公司合計(jì)營(yíng)業(yè)收入自2018年的2億元增長(zhǎng)至2022年的33億元，2022年全球市占率已超過(guò)5%（按本文2.3測(cè)算口徑），國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程大步推進(jìn)。（2）國(guó)際龍頭廠商在中國(guó)市場(chǎng)的占有率略低于全球市場(chǎng)（出貨量口徑）。

2019年，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）在中國(guó)市場(chǎng)的份額為36.6%/25.3%（出貨量口徑），低于其在全球市場(chǎng)51.7%/33.7%的份額。

從需求側(cè)看：中國(guó)FPGA市場(chǎng)目前以容量<500K、制程在?28-90nm?的產(chǎn)品為主，中低端市場(chǎng)空間更為廣闊。根據(jù)?Frost&Sullivan?數(shù)據(jù)，（1）按邏輯單元拆分，目前?100K?以下邏輯單元的?FPGA?芯片仍是市場(chǎng)需求量最大的部分，其次為100K-500K?邏輯單元部分。500K?以下邏輯單元的?FPGA?芯片合計(jì)占有?69.9%的市場(chǎng)份額（2019?年中國(guó)市場(chǎng)，銷售額口徑）。

（2）按制程拆分，目前28nm-90nm制程區(qū)間內(nèi)的FPGA芯片由于其較高的性價(jià)比與較高的良品率依然占據(jù)了市場(chǎng)中63.3%的份額（2019年中國(guó)市場(chǎng)，銷售額口徑）。此外，由于先進(jìn)制程產(chǎn)品具有更低功耗與面積和更高的性能，28nm以下制程的FPGA芯片預(yù)計(jì)將快速發(fā)展。

從供給側(cè)看：國(guó)際龍頭對(duì)中端FPGA投入放緩，中端市場(chǎng)迎來(lái)機(jī)遇。2022年9月，AMD宣布Xilinx 7系列產(chǎn)品的生命周期將至少延長(zhǎng)至2035年，這意味著在中端FPGA領(lǐng)域，AMD的戰(zhàn)略是維持舊有市場(chǎng)，而非增加投入。這為原本在低端市場(chǎng)發(fā)展的FPGA廠商帶來(lái)機(jī)遇。

觀點(diǎn)#2：國(guó)產(chǎn)廠商滲透率不斷提升，中低端市場(chǎng)帶來(lái)國(guó)產(chǎn)替代強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力

從市場(chǎng)層面看：FPGA供需兩側(cè)為國(guó)產(chǎn)替代營(yíng)造有利格局，國(guó)產(chǎn)化已初顯成效。國(guó)內(nèi)FPGA市場(chǎng)對(duì)中低端產(chǎn)品需求旺盛，國(guó)產(chǎn)FPGA可觸達(dá)市場(chǎng)空間依然廣闊。FPGA龍頭廠商被CPU龍頭收購(gòu)，未來(lái)戰(zhàn)略向母公司數(shù)據(jù)中心相關(guān)業(yè)務(wù)傾斜，國(guó)產(chǎn)FPGA獲得進(jìn)入中端市場(chǎng)的機(jī)遇和空間。從公司層面看：

（1）國(guó)產(chǎn)FPGA已形成28nm產(chǎn)品系列，進(jìn)軍更先進(jìn)制程。復(fù)旦微于2018年率先推出28nm億門級(jí)FPGA，安路科技與紫光同創(chuàng)于2020年先后來(lái)到28nm節(jié)點(diǎn)。各公司在更先進(jìn)制程均已進(jìn)行多年研發(fā)與積累，劍指國(guó)產(chǎn)FPGA尚未觸及的高端市場(chǎng)。

（2）新興領(lǐng)域積極布局，尋求更大市場(chǎng)空間。安路科技積極開(kāi)拓汽車電子、數(shù)據(jù)中心、運(yùn)算加速等新興市場(chǎng)，復(fù)旦微新一代配置有APU、GPU、VPU、eFPGA、AI引擎的異構(gòu)智能PSoC產(chǎn)品——FPAI也成功發(fā)布，紫光同創(chuàng)第二代面向人工智能、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域的SoPC已經(jīng)啟動(dòng)研發(fā)。FPGA行業(yè)廣闊的市場(chǎng)空間仍將持續(xù)驅(qū)動(dòng)國(guó)產(chǎn)FPGA廠商加速成長(zhǎng)。

在于小型FPGA產(chǎn)品的市場(chǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)，在工業(yè)控制、LED等行業(yè)出貨量較大。復(fù)旦微FPGA產(chǎn)品主要應(yīng)用于高可靠等特定領(lǐng)域，毛利率水平普遍較高。紫光同創(chuàng)背靠紫光集團(tuán)，與長(zhǎng)江存儲(chǔ)、紫光展銳、新華三等同屬一系，在5G通信行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了布局，擁有較強(qiáng)的融資能力和市場(chǎng)運(yùn)作能力。

通過(guò)將產(chǎn)品線與營(yíng)收體量對(duì)比來(lái)看，先進(jìn)制程對(duì)FPGA廠商營(yíng)收帶動(dòng)明顯。復(fù)旦微進(jìn)入市場(chǎng)較早，2018年其FPGA營(yíng)收顯著高于安路科技、紫光同創(chuàng)。隨著2020年安路科技與紫光同創(chuàng)相繼推出28nm新制程產(chǎn)品，營(yíng)收體量快速成長(zhǎng)，2019-2022年?duì)I收CAGR分別達(dá)到104%、145%，略快于復(fù)旦微71%的CAGR增速。

海外FPGA廠商已建立成熟的EDA軟件生態(tài)環(huán)境。AMD（Xilinx）研發(fā)的Vitis、Vivado以及Vitis AI設(shè)計(jì)工具可以幫助AI科學(xué)家、應(yīng)用與算法工程師、嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員以及傳統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)人員等所有類型的開(kāi)發(fā)人員使用AMD自適應(yīng)計(jì)算解決方案。Intel（Altera）Quartus Prime軟件包含從設(shè)計(jì)輸入和合成到優(yōu)化、驗(yàn)證和模擬的所有步驟，另有Questa等多款其他軟件，覆蓋FPGA、CPLD和SoC FPGA的完整開(kāi)發(fā)工具。Lattice也具有Diamond、Radiant、Propel等設(shè)計(jì)工具，提供專為L(zhǎng)attice器件而優(yōu)化的設(shè)計(jì)流程。

國(guó)產(chǎn)FPGA廠商亦不落下風(fēng)，研發(fā)投入占比較大。紫光同創(chuàng)Pango DesignSuite軟件開(kāi)發(fā)工具是一款擁有國(guó)產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模FPGA開(kāi)發(fā)軟件，可以支持千萬(wàn)門級(jí)FPGA器件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。復(fù)旦微也已具備全流程自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)FPGA配套EDA工具ProciseTM。安路科技TangDynasty、FutureDynasty是其自主開(kāi)發(fā)的FPGA、FPSoC集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中FutureDynasty可以實(shí)現(xiàn)RISC-V工程的編譯與調(diào)試，根據(jù)其招股書披露數(shù)據(jù)，2018-2021H1，F(xiàn)PGA及FPSoC軟件研發(fā)相關(guān)投入分別占總研發(fā)投入的25%/30%/26%/19%，軟件工具的研發(fā)亦成為FPGA公司研發(fā)投入的重要組成部分。

審核編輯：湯梓紅