FPGA硬件 國內(nèi)廠商VS國外廠商

FPGA是可以先購買再設(shè)計(jì)的“萬能”芯片。FPGA（Field-ProgrammableGateArray）現(xiàn)場可編程門陣列，是在硅片上預(yù)先設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的具有可編程特性的集成電路，它能夠按照設(shè)計(jì)人員的需求配置為指定的電路結(jié)構(gòu)，讓客戶不必依賴由芯片制造商設(shè)計(jì)和制造的ASIC芯片。廣泛應(yīng)用在原型驗(yàn)證、通信、汽車電子、工業(yè)控制、航空航天、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。

技術(shù)趨勢：制程迭代驅(qū)動33年發(fā)展，平臺型產(chǎn)品是未來

1985年賽靈思發(fā)明FPGA以來，其容量提高了一萬倍以上，速度提高了一百倍以上，價格和能耗縮小了一千倍以上。受到先進(jìn)制程迭代的推動，F(xiàn)PGA的架構(gòu)不斷更新。1985年，Xilinx公司推出了全球一款FPGA產(chǎn)品XC2064，采用2μm工藝，包含64個邏輯模塊和85，000個晶體管，門數(shù)量不超過1000個。對比2016年賽靈思發(fā)布的VIRTEXUltraScale，16nm制程，系統(tǒng)邏輯單元高達(dá)378萬個。FPGA制程迭代在提高算力的同時降低了功耗，減小了芯片面積，推動了FPGA的性能提升。

未來，在技術(shù)趨勢上，制程迭代+平臺產(chǎn)品將是未來產(chǎn)品發(fā)展方向。我們?nèi)匀豢春孟冗M(jìn)制程帶給FPGA的性能提升，同時新的產(chǎn)品形態(tài)（平臺型產(chǎn)品）的出現(xiàn)讓FPGA性能有了進(jìn)一步提升的可能。Xilinx和Intel相繼發(fā)布ACAP和Agilex平臺型產(chǎn)品，根據(jù)Xilinx披露的數(shù)據(jù)，新的平臺型產(chǎn)品速度超過當(dāng)前高速的FPGA20倍、比CPU快100倍，該平臺面向數(shù)據(jù)中心、有線網(wǎng)絡(luò)、5G無線和汽車駕駛輔助應(yīng)用。產(chǎn)品進(jìn)展方面，2019年6月19日VersalAICore及VersalPrime系列組件小規(guī)模出貨，量產(chǎn)時間預(yù)計(jì)在2019下半年。

AlteraLUT4架構(gòu)

技術(shù)、專利、人才壁壘高，國產(chǎn)替代迎難而上

FPGA是一個技術(shù)壁壘高的行業(yè)，有人認(rèn)為FPGA公司就是半個IC設(shè)計(jì)公司+半個軟件公司，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且良率低，軟硬協(xié)同再提研發(fā)難度。FPGA企業(yè)的硬件開發(fā)部分屬于典型的IC設(shè)計(jì)企業(yè)，與一般IC設(shè)計(jì)企業(yè)不同的是，由于FPGA硬件需要配套EDA軟件一起使用，F(xiàn)PGA公司通常需要自行研發(fā)適配自家硬件的EDA軟件，因此也算半個EDA軟件公司。由于FPGA版圖及布線復(fù)雜，硬件設(shè)計(jì)難度較大，加之軟件和硬件協(xié)同開發(fā)，系統(tǒng)工程的難度再升級。

核心專利被頭部公司壟斷，國產(chǎn)廠商披荊斬棘艱難前行，專利有效期結(jié)束或帶來轉(zhuǎn)機(jī)。在專利上國外廠商目前占據(jù)優(yōu)勢，Xilinx和Altera（Intel）在FPGA領(lǐng)域的專利數(shù)近10，000個，而國產(chǎn)廠商如紫光同創(chuàng)專利數(shù)僅約200項(xiàng)，相差懸殊。未來隨著部分專利的有效期結(jié)束，及國產(chǎn)廠商在新專利上的突破，專利上的壟斷格局或迎來轉(zhuǎn)機(jī)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化程度低，硬件自主可控進(jìn)程難以阻擋，國產(chǎn)當(dāng)自強(qiáng)。產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，硬件產(chǎn)業(yè)鏈中目前自主可控程度較低，尤其在高端半導(dǎo)體設(shè)備和材料領(lǐng)域，未來產(chǎn)業(yè)鏈上下游國產(chǎn)替代進(jìn)程的推進(jìn)也將助力國產(chǎn)FPGA加速發(fā)展。

硬件部分上游：EDA+IP。硬件開發(fā)用的EDA仍是Cadence、Synopsys及MentorGraphics，IP來源包括外部授權(quán)和內(nèi)部開發(fā)。

硬件部分下游：代工廠+封測。其中代工廠國內(nèi)廠商主要與臺積電及中芯國際合作，封測主要和日月光等合作。

FPGA硬件產(chǎn)業(yè)鏈

全球63億美元市場，Xilinx與Intel雙寡頭

FPGA是集成電路大產(chǎn)業(yè)中的小領(lǐng)域，5G和AI為行業(yè)增長提供確定性，國產(chǎn)替代疊加行業(yè)增長，國產(chǎn)FPGA市場騰飛在即。根據(jù)WSTS的數(shù)據(jù)，2018年全球集成電路市場規(guī)模達(dá)到4，688億美元，同期全球FPGA市場規(guī)模約63億美元，僅占集成電路市場約1.34%。

市場雖小，但未來受益于5G基礎(chǔ)設(shè)施全球布局及AI技術(shù)持續(xù)發(fā)展，F(xiàn)PGA行業(yè)需求量增長具確定性。行業(yè)增長下，國產(chǎn)替代進(jìn)程將進(jìn)一步加速國產(chǎn)FPGA的增長。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2017年國內(nèi)FPGA市場國產(chǎn)率低于1%，隨著技術(shù)突破，國產(chǎn)FPGA騰飛在即。

全球FPGA市場規(guī)模持續(xù)攀升，亞太是FPGA主要市場，未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展可期。根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，全球FPGA市場規(guī)模2019年達(dá)到69億美元，2025年達(dá)到125億美元，未來市場增速穩(wěn)中有升。亞太區(qū)占比達(dá)到42%，是FPGA主要市場，中國FPGA市場規(guī)模約100億人民幣，未來隨著中國5G部署及AI技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)FPGA規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大。

全球FPGA市場規(guī)模

國外三巨頭占據(jù)90%全球市場，國產(chǎn)廠商暫時落后。FPGA市場呈現(xiàn)雙寡頭壟斷格局，Xilinx和Intel分別占據(jù)全球市場56%和31%，在中國FPGA市場中，占比也高達(dá)52%和28%，由于技術(shù)、資金、人才上的壁壘及FPGA量產(chǎn)帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，行業(yè)地位較為穩(wěn)定。

全球FPGA市場份額按公司分布

國產(chǎn)廠商目前在中國市場占比約4%，未來隨著國產(chǎn)廠商技術(shù)突破，F(xiàn)PGA領(lǐng)域國產(chǎn)替代或?qū)⑹前賰|級的機(jī)會，替代空間廣闊。

中國FPGA市場份額按公司分布

國產(chǎn)FPGA主要公司

1、京微齊力：二次創(chuàng)業(yè)，瞄準(zhǔn)AI云邊端

論成立時間，京微齊力是算是晚的，2017年6月才成立。但論野心和經(jīng)驗(yàn)，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，定位是中國優(yōu)秀的國產(chǎn)FPGA及新一代異構(gòu)可編程計(jì)算芯片的供應(yīng)商。

其創(chuàng)始人兼CEO王海力本科畢業(yè)于國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)，碩士和博士畢業(yè)于清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系EDA專業(yè)。

2015年年底，還在清華大學(xué)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(dǎo)資金的支持下于2010年更名為“京微雅格”。

在國家及地方項(xiàng)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)?？上r運(yùn)不濟(jì)，到2016年，前期開發(fā)產(chǎn)品市場推廣受阻、項(xiàng)目資金遲遲未落實(shí)等多重原因，致使京微雅格運(yùn)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(nèi)的公司僅剩8名堅(jiān)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(lǐng)投的數(shù)千萬元Pre-A輪融資。

人才方面，原公司核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)是國內(nèi)第一批正向設(shè)計(jì)FPGA芯片的成員，王海力將其中部分專家重新招入麾下，將團(tuán)隊(duì)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(shù)的授權(quán)及二次開發(fā)權(quán)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(zhǔn)云端服務(wù)器、消費(fèi)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(gòu)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(shí)現(xiàn)銷售過千萬元，超過上一年全年。除已量產(chǎn)的40nmFPGA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/22nmFPGA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(tuán)隊(duì)和國內(nèi)資深工程團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦，以開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的編譯軟件開始，兼容切入現(xiàn)有FPGA軟件的生態(tài)鏈。

在成立初兩年，沒有背景的AGM團(tuán)隊(duì)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(jī)風(fēng)口后，AGM推出一款用于智能手機(jī)及物聯(lián)網(wǎng)的FPGA芯片，并通過了三星公司嚴(yán)格的供應(yīng)商測試認(rèn)證，成為三星Galaxy手機(jī)除萊迪斯外唯一備選的FPGA器件，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)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(kuò)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(fèi)電子、工業(yè)、通信、AI計(jì)算等市場，成為國內(nèi)FPGA領(lǐng)域表現(xiàn)亮眼的一匹“黑馬”。

3、廣東高云：28nm中高密度FPGA

相較AGM，廣東高云半導(dǎo)體在國內(nèi)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(xué)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(tuán)隊(duì)逾百人，在硅谷、上海、濟(jì)南均建立了研發(fā)中心，核心技術(shù)人員平均從事核心FPGA軟件、硬件技術(shù)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(fèi)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

自2014年成立以來，高云半導(dǎo)體堅(jiān)持正向設(shè)計(jì)，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(quán)EDA開發(fā)軟件并持續(xù)改進(jìn)。

2015年一季度，該公司量產(chǎn)出國內(nèi)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(nèi)一顆55nm嵌入式FlashSRAM的非易失性FPGA芯片；2018年，高云宣布研發(fā)成功國內(nèi)28nm中高密度FPGA芯片GW3AT-100。

2019年，高云半導(dǎo)體邁出向新興運(yùn)算平臺拓展的重要一步，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)SoCFPGA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(chǔ)上高云半導(dǎo)體研發(fā)了GoAI解決方案，性能較單獨(dú)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(dǎo)體曾被臺媒稱為“國內(nèi)FPGA三架馬車”。

紫光同創(chuàng)是紫光集團(tuán)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(shè)計(jì)能力，產(chǎn)品市場覆蓋航天航空、通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全、AI、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

早在2015年，紫光同創(chuàng)就成功推出國內(nèi)第一款實(shí)現(xiàn)千萬門級規(guī)模的全自主知識產(chǎn)權(quán)高性能FPGA芯片Titan系列，采用40nm工藝，可編程邏輯資源高達(dá)18萬個，已廣泛應(yīng)用于通信、信息安全等領(lǐng)域。

Titan系列高端FPGA產(chǎn)品PGT180H已向國內(nèi)多家通信設(shè)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28nmCMOS工藝，相較上一代40nmLogos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(yīng)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(xué)子，1982年考入清華大學(xué)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)展快的西安高新區(qū)創(chuàng)業(yè)，成立智多晶，隨后還在北京設(shè)有EDA軟件研究中心。

其創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)擁有超過20年的FPGA設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，曾就職于海外該領(lǐng)域企業(yè)，并擔(dān)任多個專業(yè)方向技術(shù)帶頭人。

智多晶曾于2013年10月正向研發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)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(shù)門檻的團(tuán)隊(duì)。

▲智多晶展位現(xiàn)場

目前智多晶已實(shí)現(xiàn)55nm、40nm中密度FPGA的量產(chǎn)，并針對性推出了內(nèi)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Seagull1000系列CPLD芯片、Sealion2000系列FPGA芯片等已受到市場認(rèn)可，2017年以來累計(jì)出貨量逾一千萬片。

其產(chǎn)品覆蓋市場包括LED驅(qū)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(luò)、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(guān)系，并開始研發(fā)測試智能人臉識別芯片。