FPGA国产化之路将越走越顺畅

全球半导体市场格局已成三足鼎立之势，ASIC (Application Specific Integrated Circuits,专用集成电路)、ASSP(Application Specific Standard Parts，特殊应用标准产品)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)三分天下。相较于ASIC和ASSP巨大的市场容量而言，FPGA还只是一个小众市场。但是市场统计研究数据表明，FPGA已经逐步侵蚀ASIC和ASSP的传统市场，并处于快速增长阶段。现阶段FPGA的应用不断扩展，从汽车、广播、计算机和存储、消费类、工业、医疗、军事、测试测量、无线和固网，应用领域正向各行各业渗透。

国外FPGA发展之路

20世纪80年代是FPGA/PLD兴起的年代，Xilinx、Altera(2015年被Intel收购)、Lattice、Actel(2010年10月被Microsemi收购)、Quick Logic等纯FABLESS设计公司都是在此年代成立的，同时相当多的IDM公司也开始进入FPGA/PLD领域，到20世纪90年代，约有50家公司从事FPGA/PLD研究。20世纪未FPGA市场经过一番激烈整合，许多业者不是退出PLD市场，就是出售其PLD业务部门，或将PLD业务部门分立成独立公司，或进行购并等，如Intel、Philips、Agere Systems都出售其PLD部门；AMD将PLD部门剥离出去成立Vantis；GateFiel公司被收购；进入21世纪，在国外目前剩下不到10家，除Xilinx和Intel PSG(原Altera)两家持续不断地军备竞赛，其它的都有着各自固守的市场定位。尽管竞争激烈，但FPGA领域依然有新兴业者出现，如受英特尔新工艺支持的Achronix Semiconductor以及MathStar等。不过新兴公司都是直奔高端应用而去。

除了单纯数字逻辑性质的可程序逻辑装置外，混讯、模拟性质的可程序逻辑装置也展露头角，例如Cypress Semiconductor的PSoC(Programmable System-on-Chip)即具有可组态性的混讯电路，或如Microsemi公司也提出可程序化的混讯芯片Fusion，或者Quick Logic研发的CSSP(Customer Specific Standard Product)，或者也有业者提出所谓的现场可程序化模拟数组(Field Programmable Analog Array；FPAA)等，相信这些都能为可程序化芯片带来更多的发展动能。

根据器件发展历程以及市场应用需求发展趋势，FPGA今后仍然主要朝以下几大方向发展：第一，高密度、高速度、宽频带、高保密；第二，低电压、低功耗；第三，低成本、低价格；第四，IP核复用、系统集成；第五，动态可重构及单片集群。这些发展方向并不相互排斥，从Xilinx和Altera最新发布的器件来看，他们已经结合几种发展方向上的特点，形成功能性能更强大的产品。

发展国产FPGA的背景

由于全球四家顶级FPGA公司Xilinx、Intel PSG(原Altera)、Microsemi(原Actel)、Lattice全部是美国公司，美国政府对我国的FPGA产品与技术出口进行苛刻的审核和禁运，使得我国在航天、航空乃至国家安全领域都受到严重制约。尽管多年来我国政府投入了数百亿科研经费，通过逆向工程方式仿制美国禁运的FPGA产品。但由于知识产权、生产工艺和软件技术诸多方面的限制，仿制品种有限，技术无法突破，难以满足国家安全的需要。随着国际形势的变化，通过走私进口禁运产品的渠道可能被切断，进口的关键芯片也可能被人为地嵌入后门通道或定时炸弹等模块，严重危及国家安全。因此，研发具有自主知识产权的FPGA技术与产品对于打破美国企业和美国政府结合的垄断意义深远。

特别是近年来针对工业、国防、航空、通信和医疗系统的攻击事件不断增加，航天、军工、工业控制和医疗等部门，均十分关注信息的安全性，因此电子器件产品的安全性也就越来越多地受到企业的重视，它们需要更能保障设计、数据安全的FPGA器件。由于电子系统内的安全性和防篡改防护正受到越来越多的重视，因此高安全性FPGA解决方案的市场需求在不断提升，已经逐渐成长为一个相对特殊但增长快速的市场。

中国公司要在FPGA领域取得进步，需用新产品、新技术带给客户更多的价值。因此，中国FPGA企业在技术实力与全面市场开拓能力尚弱之际，以点带面、找准定位，从特殊应用领域入手，寻求合适发展的市场作为切入点，形成中国FPGA的核心竞争力，也不失为一个发展国产FPGA产业的有效途径。

中国拥有超过60亿元的FPGA市场。十二五期间，中国的可编程器件市场保持年均30%以上的增长速度。中国电子产品市场要求敏捷快速的研发周期和少量多样的产品形态，最适合FPGA应用。

我国的一些重要研究部门急需也长期需要高可靠FPGA用于国家安全和重点应用，比如航天航空、信息安全等。这个市场足够大，足够支撑FPGA研发。

国产化之路，产业生态环境是关键

高可靠性市场需求正为中国国产FPGA提供了这样一个相对有利的发展空间。对于尚不够强大的中国FPGA企业来说，如能把握住这个市场，不失为一条差异化的发展路径。

既然有了足够的市场，那么我们就不要去讨论市场的问题，而是要建立生态环境的问题。

1、制造工艺技术

目前主流的FPGA厂商Xilinx、Intel PSG(原Altera)都与Foundry公司建立了紧密的战略伙伴关系，Xilinx和UMC、东芝、三星都有合作，而Intel PSG(原Altera)与全球最大的代工商TSMC紧密捆绑，其技术紧跟工艺发展。国内目前的代工公司中芯国际、华虹宏力要肩负起重任，与国内FPGA公司一起在工艺技术上紧密合作。

2、EDA软件支持

通过高性能的EDA工具可以充分开发出FPGA芯片的产能。完善的生态系统能够提供给用户更全面的设计资源，从而突出系统优势，迅速适应各种市场应用变化，快速抢占市场高地。

Xilinx、Intel PSG(原Altera)两大主流FPGA公司都和EDA设计公司合作紧密，只要有FPGA新品面世，EDA设计公司就可以进行支持。而国内目前的EDA公司本身的技术能力有待加强，与FPGA公司的合作有待完善。目前国内的FPGA公司除了要做产品外，还要开发相应的配套软件，各家公司的软件无法兼容，这无形中加大了研发成本。

3、应用开发支持

FPGA不是终端产品，其本身是一张白纸，需要由应用方案设计人员在上面勾画出美景。如果一个FPGA产品没有好的应用支持团队开发各类应用或参考设计，产品也很难在市场上有所表现。

结语

高端产品有Xilinx和Intel PSG(原Altera)双雄把守，特殊应用市场有Microsemi(原Actel)、Lattice死死防守，加上四家共有的9000项专利，已很大程度上阻碍了后者加入。

国内技术和工艺确实暂时跟不上国外最先进的水平，但我们只要能够达到Xilinx、Intel PSG(原Altera)公司5--10年前的水平，也可以满足相当多的使用需求。FPGA国产化的主要瓶颈：专业人才缺、产业周期长、技术门槛高、投入资金大。

国产化FPGA战略必须上升到国家层面才有可能实现大的突破，没有国家的支持企业很难承受巨大的研发投入。

相信FPGA国产化之路将越走越顺畅。