兩大美國寡頭壟斷FPGA領域35年，國產(chǎn)8大家能否打破市場壟斷

5月底，據(jù)業(yè)內人士透露，華為已儲備2年的美國關鍵芯片，尤其希望多儲備對5G基站至關重要的進口FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）。

頂著“萬能芯片”美譽的FPGA，在2020年開篇刷足了存在感，不僅是各大救命呼吸機的核心組件，也是5G、AI、大數(shù)據(jù)中心等熱門新基建項目的一個關鍵動力源泉。

據(jù)市場研究機構MRFR統(tǒng)計，2019年全球FPGA市場規(guī)模約為69億美元，預計到2025年市場規(guī)模有望達到125億美元。

一方面，我國5G新基建蒸蒸日上，推動FPGA市場需求走高；另一方面，美國豎起的技術鐵幕，迫使國產(chǎn)FPGA力量加速成長。

時代使然的多重因素交匯于同一賽道，在半導體自主替代的大潮中，“可用”已經(jīng)難以滿足市場對FPGA的需求，如不想被上游來自國外的枷鎖困住手腳，國產(chǎn)玩家必須具備敢與世界一流競爭對手扳手腕的雄心，以及扛住壓力攻關先進技術的恒心。

在這場背負著振興國產(chǎn)FPGA的競賽中，我們現(xiàn)有實力距離國際先進水平還有多遠？細數(shù)國內FPGA八大主要玩家，誰又最有希望沖在前列？

1、三十五載風雨路，兩大美國寡頭壟斷FPGA江湖

上世紀80年代，Ross Freeman一個激進的設想——讓芯片像一張白布，工程師可通過重新編程在其上添加功能，使其能適應不斷變化的標準和規(guī)格。

Freeman于1948年出生于密歇根州，21歲本科畢業(yè)于密歇根州立大學物理學，23年獲伊利諾伊大學碩士學位，30多歲時在Zilog的Components部門任工程總監(jiān)。

在周邊人眼中，F(xiàn)reeman的創(chuàng)新想法多少有些怪異。

那個時代，晶體管價值珍貴到堪比黃金，但Freeman的這一設想需要往一顆芯片上塞大量昂貴的晶體管，似乎與當時的芯片主流觀念背道而馳。

其團隊核心成員之一、后來成為賽靈思第八號雇員的Bill Carter曾回憶道：“當他描述完FPGA的概念之后，我第一個念頭就是，瘋了！這是史上對晶體管最不靠譜的浪費?！?/p>

不過，外部的質疑并沒有將Freeman的創(chuàng)新想法扼殺于搖籃，懷揣著對摩爾定律的信仰，他說服了自己當時的領頭上司——Zilog副總裁兼微處理器部總經(jīng)理Bernard Vonderschmitt，共同創(chuàng)立全新的公司賽靈思（Xilinx）。

1985年，賽靈思推出全球第一款FPGA產(chǎn)品XC2064。當時這個僅有不到1000個邏輯門數(shù)的創(chuàng)新可編程芯片，因為尚不明晰的商業(yè)落地前景，并沒得到業(yè)界主流的重視。

但正如Freeman所預料的，晶體管成本隨著時間的推移穩(wěn)步下降，這使得FPGA逐漸成為廣泛應用中定制芯片的經(jīng)濟又靈活的替代品。

正是從此開始，一個全新半導體帝國逐漸崛起，歷經(jīng)35年風雨飄搖，正向一個百億美元市場發(fā)起沖刺，賽靈思更是連年主宰這一市場的半壁江山。

從消費電子、工業(yè)控制、醫(yī)療成像、航空航天、通信到汽車，F(xiàn)PGA在多類市場展現(xiàn)出不可或缺的應用價值。

1989年9月26日，美國公布了一項由賽靈思申請的新專利——“由可配置的邏輯元器件及互聯(lián)組成的可配置電路”，這是FPGA發(fā)展進程中具有里程碑意義的一個節(jié)點。遺憾的是，專利公布后不到1個月，F(xiàn)PGA之父Ross Freeman因長年慢性病的折磨而與世長辭。

一代半導體巨擘離去，但FPGA巨輪還在加速駛向前方。

過去35年間，F(xiàn)PGA市場風云變幻。根據(jù)公開報道，全球有60多家公司先后斥資數(shù)十億美元踏入FPGA領域，其中不乏英特爾、IBM、德州儀器、東芝、三星等芯片巨頭，然而多數(shù)公司最終鎩羽而歸。

實力強大如英特爾，最終也沒選擇從零起步，而是在2015年花費167億美元巨資收購當時的全球第二大FPGA制造商Altera，這才順利躋身FPGA市場。

2、收購國際FPGA公司受阻，國產(chǎn)替代依賴國內玩家

2015年左右，全球FPGA市場已呈現(xiàn)高度集中的“兩大兩小”市場格局，“兩大”指的是賽靈思和Altera，“兩小”指的是萊迪斯（Lattice）和美高森美（Microsemi）。

電子產(chǎn)業(yè)素來老大吃肉、老二喝湯，到老三撿到的肉渣也就夠塞牙縫了。光是“兩大”FPGA寡頭就占據(jù)了近90%的FPGA市場份額，而中國廠商所占份額估計不足4%。

萊迪斯是最早進入我國的FPGA供應商，不過先一步占領市場并未帶給萊迪斯先發(fā)優(yōu)勢，到90年代下半年，隨著賽靈思和Altera陸續(xù)將視線移向中國，萊迪斯的市場被逐步蠶食。

從90年代起，中國學術界亦開始探索FPGA技術，復旦大學、中科院均為重要力量。到2010年后，安路科技、西安智多晶、紫光同創(chuàng)、廣東高云等我國知名FPGA企業(yè)先后成立。

在探索FPGA的歷程中，我國逐漸從反向設計階段走向正向設計，國內對FPGA的應用需求也在增長。但時至今日，國產(chǎn)廠商在全球FPGA代表玩家中依然排不上號。

2016年11月，由中資支持的私募基金Canyon Bridge Capital Partners試圖以13億美元收購萊迪斯，然而一年后，這一交易被美國海外投資委員會（CFIUS）以擔憂國家安全為由叫停。

多家涉及海外并購交易的科技公司對CFIUS這只“攔路虎”都不陌生。此前日本富士通收購仙童半導體被否決、紫光收購存儲芯片巨頭美光受阻、福建宏芯基金收購德國半導體設備制造商愛思強被中斷等都是CFIUS的“功勞”。

萊迪思并購案告吹，意味著中國無法走海外并購主流公司的捷徑來實現(xiàn)FPGA自主可控，發(fā)展國產(chǎn)FPGA企業(yè)是眼下最為可行也是必行之徑。

無論是傳統(tǒng)的航空航天、通信、工業(yè)、消費電子等應用，還是新興的AI、5G通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、云計算、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)市場，對FPGA的需求均在持續(xù)走高。

據(jù)市場研究機構MRFR統(tǒng)計，全球FPGA市場規(guī)模在2013年約為45.62億美元，去年達到約69億美元，到2022年有望突破100億大關。

▲2013-2025年FPGA市場規(guī)模增長情況

理論上，如果門電路的規(guī)模足夠大，F(xiàn)PGA通過編程能實現(xiàn)任意芯片的邏輯功能，它也因故有“萬能芯片”之稱。

相比CPU、GPU等通用芯片，F(xiàn)PGA并行計算效率更高、計算速度更快，功耗和延時更低。

相比被固化不能修改的專用芯片（ASIC），F(xiàn)PGA因其可根據(jù)不同場景重新編程的特點，有靈活性高、開發(fā)周期短、小批量成本低的優(yōu)勢，能更快的應用市場需求變化。

這使得FPGA在需求快速變化的應用領域成為獨一無二的存在，也是我國國產(chǎn)FPGA供應商必須攻下的堡壘。

無論是方興未艾的5G基站建設，還是走向異構計算的云邊端AI加速，只要5G標準仍在變化，AI算法和物聯(lián)網(wǎng)需求尚未定型，F(xiàn)PGA都將扮演相當重要的角色。

▲4G基站與5G基站所需芯片價值量對比

FPGA在多個市場的重要性與日俱增，再加上美國在該領域擁有絕對壟斷優(yōu)勢，致使FPGA已成為其制約他國貿(mào)易的有效工具之一。

隨著美國進一步升級其出口管制措施，越來越多國內廠商意識到，抵御技術孤立主義的最有利武器，唯有自強不息。

3、扛起國產(chǎn)替代大旗！八大國內FPGA玩家

近年來，除了在軍工領域摸爬滾打外，國內FPGA企業(yè)已將其自研產(chǎn)品應用于通信、工業(yè)、軍工航天、消費電子的部分領域，并開始向數(shù)據(jù)中心、智能終端等應用延展。

▲中國FPGA產(chǎn)業(yè)市場分布情況

當前我國主流的國產(chǎn)FPGA產(chǎn)品多采用55nm及40nm制程工藝，最先進FPGA制程尚在28nm，與已達到7nm的國際先進水準尚有不小距離。

但樂觀來看，我國FPGA玩家已開始加速奔跑，一方面追趕高端FPGA，另一方面在部分民用中低端市場已具備替代國際FPGA產(chǎn)品的實力。

這里我們重點列數(shù)八家有望沖刺民用市場中高端FPGA產(chǎn)品的國產(chǎn)FPGA廠商，包括1家北京企業(yè)、3家上海企業(yè)、1家廣州企業(yè)、1家深圳企業(yè)、1家西安企業(yè)和1家成都企業(yè)。

以下排名按成立時間倒序：

▲國產(chǎn)FPGA主要公司

1、京微齊力：二次創(chuàng)業(yè)，瞄準AI云邊端

論成立時間，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，京微齊力絲毫不輸于其他國產(chǎn)FPGA廠商。

京微齊力成立于2017年6月，定位是中國最優(yōu)秀的國產(chǎn)FPGA及新一代異構可編程計算芯片的供應商。

其創(chuàng)始人兼CEO王海力本科畢業(yè)于國防科技大學計算機科學專業(yè)，碩士和博士畢業(yè)于清華大學計算機系EDA專業(yè)。

2015年年底，還在清華大學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資金的支持下于2010年更名為“京微雅格”。

在國家及地方項目的支持下，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)。可惜時運不濟，到2016年，前期開發(fā)產(chǎn)品市場推廣受阻、項目資金遲遲未落實等多重原因，致使京微雅格運營陷入困境，上百名員工離職。

在征求原公司股東的同意后，包括王海力在內的公司僅剩8名堅守員工于2017年6月成立京微齊力，成立不到2個月便拿到了近700萬元天使輪融資，次年1月又獲得由?？祷痤I投的數(shù)千萬元Pre-A輪融資。

人才方面，原公司核心技術團隊是國內第一批正向設計FPGA芯片的成員，王海力將其中部分專家重新招入麾下，將團隊發(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的授權及二次開發(fā)權后，不僅面向通信、工業(yè)、醫(yī)療等場景提供傳統(tǒng)FPGA芯片，還瞄準云端服務器、消費類智能終端等新興場景，研發(fā)新一代AI可編程芯片AiPGA、邊緣異構芯片HPA、嵌入式可編程eFPGA三大系列產(chǎn)品。

截至2019年9月，公司已實現(xiàn)銷售過千萬元，超過上一年全年。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。

該公司由來自美國硅谷知名可編程邏輯芯片企業(yè)的團隊和國內資深工程團隊創(chuàng)辦，以開發(fā)自主產(chǎn)權的編譯軟件開始，兼容切入現(xiàn)有FPGA軟件的生態(tài)鏈。

在成立最初兩年，沒有背景的AGM團隊擠在上海張江集電港的一個共創(chuàng)空間里，默默地打磨產(chǎn)品、給客戶試用。

在看到智能手機風口后，AGM推出一款用于智能手機及物聯(lián)網(wǎng)的FPGA芯片，并通過了三星公司嚴格的供應商測試認證，成為三星Galaxy手機除萊迪斯外唯一備選的FPGA器件，實現(xiàn)了國內FPGA公司出口零的突破。

經(jīng)過近幾年的產(chǎn)品迭代及市場擴展，AGM逐漸積累起較穩(wěn)定的客戶，并形成面向CPLD、FPGA、FPGA+CPU、SoC等方向的多個產(chǎn)品線，產(chǎn)品覆蓋消費電子、工業(yè)、通信、AI計算等市場，成為國內FPGA領域表現(xiàn)亮眼的一匹“黑馬”。

3、廣東高云：首款28nm中高密度FPGA

相較AGM，廣東高云半導體在國內FPGA的知名度或許相對更高。

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均曾任職高級工程師。

目前其研發(fā)團隊逾百人，在硅谷、上海、濟南均建立了研發(fā)中心，核心技術人員平均從事核心FPGA軟件、硬件技術開發(fā)超過15年以上；其產(chǎn)品已經(jīng)滲透到十多個行業(yè)中，在通信、工控、消費等領域得到應用。

自2014年成立以來，高云半導體堅持正向設計，先后推出晨熙、小蜜蜂兩個家族、4個系列的FPGA產(chǎn)品，涵蓋了11個型號、50多種封裝的芯片、自主知識產(chǎn)權EDA開發(fā)軟件并持續(xù)改進。

2015年一季度，該公司量產(chǎn)出國內第一塊產(chǎn)業(yè)化的55nm工藝400萬門的中密度FPGA芯片，并開放開發(fā)軟件下載；2016年第一季度又順利推出國內首顆55nm嵌入式Flash SRAM的非易失性FPGA芯片；2018年，高云宣布研發(fā)成功國內首款28nm中高密度FPGA芯片GW3AT-100。

2019年，高云半導體邁出向新興運算平臺拓展的重要一步，實現(xiàn)異構SoC FPGA的產(chǎn)品化，推出各種支持Arm、RISC-V軟/硬核的FPGA產(chǎn)品，在此基礎上高云半導體研發(fā)了GoAI解決方案，性能較單獨使用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)和高云半導體曾被臺媒稱為“國內FPGA三架馬車”。

紫光同創(chuàng)是紫光集團旗下紫光國微的子公司，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全流程開發(fā)設計能力，產(chǎn)品市場覆蓋航天航空、通信網(wǎng)絡、信息安全、AI、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領域。

早在2015年，紫光同創(chuàng)就成功推出國內第一款實現(xiàn)千萬門級規(guī)模的全自主知識產(chǎn)權高性能FPGA芯片Titan系列，采用40nm工藝，可編程邏輯資源最高達18萬個，已廣泛應用于通信、信息安全等領域。

Titan系列高端FPGA產(chǎn)品PGT180H已向國內多家領先通信設備廠商批量供貨，該型號產(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)自動化、物聯(lián)網(wǎng)、視頻圖像處理等應用需求，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，小米旗下長江小米產(chǎn)業(yè)基金以227.7萬人民幣投資智多晶，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子，1982年考入清華大學核物理專業(yè)，1992年赴美讀書，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，隨后還在北京設有EDA軟件研究中心。

其創(chuàng)始團隊擁有超過20年的FPGA設計制造經(jīng)驗，曾就職于海外該領域領先企業(yè)，并擔任多個專業(yè)方向技術帶頭人。

智多晶曾于2013年10月正向研發(fā)出首款擁有自主知識產(chǎn)權的可編智能FPGA芯片，據(jù)說是全球除四家美國公司之外，第五個跨過技術門檻的團隊。

▲智多晶展位現(xiàn)場

目前智多晶已實現(xiàn)55nm、40nm中密度FPGA的量產(chǎn)，并針對性推出了內嵌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芯片等已受到市場認可，2017年以來累計出貨量逾一千萬片。

其產(chǎn)品覆蓋市場包括LED驅動、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、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)建立合作關系，并開始研發(fā)測試智能人臉識別芯片。