FPGA芯片你了解多少？

在高度垄断的FPGA市场，国产公司未来也有看点。

撰文/刘雨辰

出品/每日财报

集成电路芯片包括数字芯片和模拟芯片两大类，数字芯片可以分为存储器芯片和逻辑芯片，大家熟知的逻辑芯片一般包括 CPU、GPU、DSP等通用处理器芯片，以及专用集成电路芯片ASIC。今天要介绍的是一种特殊的逻辑芯片——FPGA芯片。

什么是FPGA芯片

FPGA(Field Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，1985年由 Xilinx 创始人之一Ross Freeman发明。FPGA的诞生时间晚于摩尔定律约20年，但FPGA自发明后，发展之快超乎想象，且目前FPGA已是全球领先的先进工艺。

按照官方的解释，FPGA 是一种在PAL(可编程逻辑阵列)、GAL(通用阵列逻辑)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)等传统逻辑电路和门阵列的基础上发展起来的一种半定制电路，主要应用于ASIC(专用集成电路)领域，既解决了半定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA和CPU、GPU、ASIC的芯片等核心区别是其底层逻辑运算单元的连线及逻辑布局未固化，用户可通过 EDA 软件对逻辑单元和开关阵列编程，进行功能配置，从而去实现特定功能的集成电路芯片。

什么意思？

FPGA芯片可以每隔几秒就改变芯片上的运行硬件设计，而像CPU、ASIC等芯片则在出厂的时候就已经固化，无法进行改变。如果说ASCI、CPU和GPU等是建好的楼房，楼房中房间、走廊及楼梯等路线方式已经固定了，那么FPGA的内部就类似霍格沃兹中的魔法楼梯，可以随时改变房间到房间的路线关系。

此外，FPGA不需要像CPU和GPU在软件应用层面的指令系统编译，对FPGA进行编程是使用硬件描述语言，并直接编译烧录为晶体管电路的组合，也就是直接用晶体管电路实现用户的算法。

FPGA最大的特点就是灵活，实现你想实现的任何数字电路，可以定制各种电路。减少受制于专用芯片的束缚，真正为自己的产品量身定做，在设计的过程中可以灵活的更改设计，具有现场可编程性，因此特别适用于需求物理运算逻辑需要持续更迭的应用领域，例如人工智能算法优化、数据中心应用等。

智能电动车是未来汽车行业的主流发展方向，目前汽车相机以及传感器中FPGA的应用已经相对成熟，在自动/智能驾驶汽车的人工智能系统中，FPGA的适用度将是最为契合的用于处理越来越复杂的 ADAS和自动驾驶。2014年，FPGA芯片的国际龙头赛灵思的芯片被14家汽车制造商采用，并设计成29款车型，到 2018 年，赛灵思芯片解决方案已扩大到29家汽车制造商的111款车型中。

在通信领域，5G通信基站数量增多，而且单个基站FPGA用量提升，带动 FPGA 需求量增大。根据测算，5G单基站FPGA用量有望从4G时期的1-3块提升到5G时期的4-5 块，5G基站中FPGA价值量比4G基站多大约1000美元。

根据 MRFR的统计，2013年全球FPGA的市场规模在45.63亿美元左右，中国 FPGA 芯片市场规模持续上升，从2016年的65.5亿元增长至2020年的 150.3 亿元，年复合增长率高达23.1%。

随着目前5G时代的进展以及AI的推进速度加快，FPGA芯片将加速放量。根据预测，到2025年，中国FPGA市场规模将进一步提升至332.2亿元，2021-2025 年的复合增长率为17.1%，高于全球FPGA市场的10.85%。

谁与争锋

根据MRFR对于FPGA的下游应用地区分布的统计，目前最大的市场为亚太地区，占比达39.15%，北美占比为33.94%，欧洲占比19.42%，而至2025年，亚太地区的占比将会继续的提高至43.94%。

但从供给端来看，全球 FPGA市场主要被海外企业垄断，2019年，赛灵思和 Altera分别占据全球 FPGA市场份额的52%和35%，基本垄断，Lattice和 Microsemi则各占5%的市场份额。

数据来源：公开资料整理

中国芯片厂商在 FPGA 这个细分领域和国外巨头的差距远远比其他领域要大，根本原因就是 FPGA技术门槛非常高，核心技术只掌握在及其少数的公司手上。专利是先发者的奖赏，也是后来者的诅咒，根据统计，目前Xilinx和Altera拥有超过6000项专利，对该行业的后进入者形成了难以跨越的技术壁垒。

国内的领军企业为复旦微、安路科技和紫光同创。

复旦微主营集成电路设计及销售与集成电路测试服务，其中设计与销售的主要产品包括安全与识别芯片、非挥发存储器、智能电表芯片及 FPGA 芯片。公司从2004年就开始进行FPGA的研发，陆续推出百万门级和千万门级 FPGA。复旦微是国内最早推出亿门级 FPGA 产品的厂商，在2018年发布了采用28nm工艺制程的亿门级 FPGA产品，产品包含700k左右容量的逻辑单元，SerDes模块最高支持13.1Gbps，并在2019年正式销售，目前已经向国内数百家客户发货，填补了国产高端 FPGA的空白，目前公司基于28nm工艺制程的FPGA产品已多达数十款。

安路科技成立于2011年，公司的主营业务为 FPGA 芯片和专用 EDA 软件的研发、设计。2019年，安路科技FPGA芯片在中国市场排名第四，在国产品牌中排名第一，2020年的产品出货量突破 2000万颗，FPGA芯片产品已形成以SALPHOENIX 高性能产品系列、SALEAGLE高性价比产品系列和SALELF低功耗产品系列组成的产品矩阵。

紫光同创是紫光国微(002049,股吧)的子公司，过去几年，公司陆续推出了采用40nm工艺的 Titan系列高性能FPGA产品、40nm工艺的Logos系列高性价比FPGA产品、55nm工艺的 Compact系列CPLD产品，覆盖了高、中、低端市场应用需求。

总结来说，由于5G渗透率提升、AI智能推进以及汽车智能化的不断演进，FPGA芯片未来五年势必会迎来加速放量期，尽管国内企业和世界顶级企业还有较大差距，但在国产替代的核心逻辑下，摘取低处的果实也足以吃饱，不出意外，安路科技和复旦微都将先后登陆资本市场，届时可以重点关注。

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（李显杰 ）