不再非洋莫属，FPGA中国厂商崛起

　　引言：FPGA号称“万能芯片”，从技术角度讲，它是可编程的产品，在不改变芯片本身硬件组成的情况下可反复使用。根据市场变化，在同样载体上实现不同功能。听起来很美好，但研发起来很困难，能做FPGA器件的厂商一定是大牛中的大牛，因为像英特尔（Intel）、德州仪器（TI）这样的半导体巨头也曾尝试进入这个市场，但都因为这样那样的原因铩羽而归。目前，全球范围内能够量产FPGA的企业屈指可数， Xilinx、Altera、Lattice和Microsemi都是大家耳熟能详的美国企业。可喜的是，对技术和资金要求极高，高门槛、高投入的 FPGA领域， 目前已有了中国企业的身影，其代表有京微雅格、同创国芯、安路、高云等，他们打破了FPGA市场国外寡头垄断的局面，尽管实力还较弱，但我们期待本土 FPGA厂商的春天尽快到来。

　　一、FPGA市场规模

　　2014年，全球FPGA市场总规模达到50亿美金，其中，中国的市场份额有15亿美金，中国市场占全球市场的三分之一。分析机构预计2015年至2020年全球FPGA市场的年复合增长率为9%，到2020年，全球FPGA 市场规模将达84亿美金。目前FPGA正处于一个加速增长的市场势态中，增长幅度远大于其他芯片市场；同时，FPGA行业平均毛利可观，据市场数据分析表明其行业平均毛利大于60%。FPGA行业也需要更大的市场规模，以吸引更多的使用者。预计随着FPGA产量逐步增加，成本的进一步降低，其市场份额将会持续增大。

　　

　　图1 2014-2020年全球FPGA市场规模

　　二、FPGA应用市场

　　目前FPGA的主要应用领域是通讯、工控、国防、消费，近年来FPGA最引人关注的变化趋势之一就是应用领域不断拓展。

　　在FPGA传统应用市场方面，通信逐步实现高速、复杂协议，消费电子应用则注重低功耗、低成本。此外，FPGA还广泛应用于医疗电子、安防、视频、工业自动化、语音网络、半导体制造设备以及家电等领域。

　　FPGA在工业中的应用主要涉及四大领域，分别是马达控制、工业网络、机器视觉和机器人控制。以马达控制为例，重点是需要降低噪音、减少震动 、降低 EMI，同时获得更高的控制精度和减少能源消耗等。

　　Xilinx公司最新的Virtex－6和Spartan－6 针对便携医疗设备要求高性能、连接性、低功耗和低成本方面的需求进行了优化。下图是基于Xilinx的FPGA的CT扫描仪、超声诊断设备解决方案。

　　

　　图2 Xilinx 的CT扫描仪解决方案

　　Altera 公司推出的汽车安全驾驶前置摄像方案（见图3）。

　　

　　图3 Altera汽车安全驾驶前置摄像方案

　　Microsemi公司推出的工业马达控制方案（见图4）。

　　

　　图4 Microsemi工业马达控制方案。

　　三、FPGA市场竞争

　　目前在全球市场中，Xilinx、Altera两大公司对FPGA的技术与市场仍然占据绝对垄断地位。两家公司占有将近90%市场份额，专利达6000余项之多；剩余市场份额主要被Lattice和Microsemi所占有，这两家的专利也达3000多项。

　　2014年Xilinx、Altera两大公司营收分别为23.8亿美元和19.3亿美元；而2014年Lattice和Microsemi（仅FPGA部分）两公司营收为3.66亿美元和2.75亿美元。这前四大FPGA市场领先者几乎垄断了FPGA的市场份额。

　　FPGA 市场前景诱人，但是门槛之高在芯片行业里无出其右。全球有60多家公司先后斥资数十亿美元，前赴后继地尝试登顶FPGA高地，其中不乏英特尔、IBM、德州仪器、摩托罗拉、飞利浦、东芝、三星这样的行业巨鳄，但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司-Xilinx、 Altera、Lattice、Microsemi。上述4家公司手握9000余项专利，如此之多的技术专利构成的技术壁垒当然高不可攀。

　　FPGA技术上主要有四个难点：架构设计、硬件实现、软件开发以及应用IP开发。如何突破FPGA四家巨头在架构上的专利限制是后进入者首先得面对的问题，要想在FPGA市场上分一口肉，首先要做的就是技术专利的攻关。有了技术专利才有立足的根本。

　　在FPGA四大巨头以绝对优势兵分天下之时，作为FPGA市场的后来者，本土FPGA厂商一面要攻克技术难点，一面又要研究专利文献，规避人家已布局的专利，再把自己的技术通过申请专利明确所有权。

　　现在仅京微雅格，就已申请了160多项专利，布局了“山”“河”“云”“星”四个产品系列，正在从低端向中高端市场迈进。其首创的可定制、可重构、可编程的可配置应用平台（CAP—Configurable Application Platform）将FPGA /CPU//SRAM/ASIC/Flash/ADC以及其他功能模块嵌入在单一芯片中，帮助客户降低设计难度，提高产品的可靠性和性价比，受到市场的广泛欢迎。

　　安路科技已量产ELF和EAGLE系列自主知识产权可编程逻辑器件产品，相比国外同类FPGA芯片，提供更多逻辑资源、更高性能，更优性价比。安路科技开发的全流程TD软件系统和硬件芯片完美地结合在一起，提供了用户从前端综合到位流生成的完全开发平台。公司在核心架构、软件算法和系统集成方面拥有多项核心技术专利。

　　同创国芯也在高端市场开始发力，以Titan高性能系列FPGA为主，定位于通信、信息安全、数据中心和医疗等市场，高性能Titan系列将是打破国外垄断的拳头产品。

　　广东高云半导体科技股份有限公司于2015年3月首款55nm工艺千万门级电路规模GW2A-55k芯片流片成功， 此举标志着在中密度FPGA芯片领域打破了国外垄断，填补了国内空白。

　　尽管本土FPGA产业已看到些亮点，但我们不得不承认国产FPGA产业才刚起步，与国际巨头还存在较大的差距，不论从产品性能、功能、功耗、软件、应用支撑上都有差距。甚至成本上，我们的优势也不大。

　　FPGA是一个技术密集型的行业，没有坚实的技术功底，很难形成有竞争力的产品，本土FPGA厂商任重而道远。

　　四、FPGA市场趋势

　　FPGA 自从上世纪80年代中期被发明出来以后，已经成为半导体市场上重要的核心器件之一。近10几年来该产业经历了快速演进，在器件性能、成本和开发理念等方面实现了跨越式发展，深得系统设计和半导体设计工程师的喜爱。下一个十年，FPGA将向更灵活、多重IP化、系统级芯片发展，FPGA将持续书写创新，在软硬件协同设计、工艺创新、集成创新的引领下实现更大的价值，甚至有人说FPGA未来的前景甚至会比MCU更美好。

　　FPGA市场有以下趋势：

　　1. 高密度、高速度、宽频带、高保密；

　　2. 低电压、低功耗、低成本、低价格；

　　3. IP软/硬核复用、系统集成；

　　4. 动态可重构以及单片集群；

　　5. 紧密结合应用需求，多元化发展。

　　五、本土FPGA厂商机遇

　　中国需要自主的FPGA产业，这是无庸置疑的。FPGA产业在中国拥有巨大的市场潜力。中国的一些重要科研部门急需也长期需要FPGA，用于国家安全和重点应用，比如航天航空、信息安全、知识产品保护等；中国信息产业的持续快速发展将为集成电路提供稳定的市场，集成电路的市场前景广阔；此外，全球电子信息产品制造业向中国转移的趋势仍在继续。这些因素都将促进中国FPGA需求量的增加。

　　为了满足经济发展和国防需求，打破美国的垄断，中国政府多年来投入了数百亿科研经费，通过逆向工程方式仿制美国对我禁运的FPGA产品。但由于知识产权、生产工艺和软件技术等多方面的限制，仿制品种有限，技术无法突破，还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。

　　近几年随着FPGA应用市场的扩大和竞争格局的改变，为中国发展FPGA产业提供了机会。FPGA不仅可以帮助设计企业降低研发成本，而且可以帮助他们缩短开发周期。借助FPGA进行设计，是电子企业规避风险、抢占市场先机的有力手段。中国是整机系统的生产大国，中国的IC设计产业也在蓬勃发展，这都为中国FPGA产业的发展创造了十分有利的条件。以FPGA为硬件基础的设计平台将有力地推动中国企业自主创新，推动中国电子信息产业的转型提升。

　　伴随着集成电路芯片产业“中国强芯”的国家战略提出，本土FPGA企业要把脉行业发展趋势，要有全球化视眼，谋划企业的发展，从全产业链布局。

　　抢占FPGA市场需要较强的生态环境来支持的，如何高效地打造生态链，是本土FPGA相关业者需要认真思考的课题。

　　集成电路的发展最需要的是资金和人才，FPGA产品的开发周期长、先期投入大，对资金的压力可想而知；而且FPGA产品开发对团队的完整性要求也较高，如何建立一个比较齐全的开发团队并保证这个团队在较长时间内相对稳定，对企业管理和运营资金来说都是不小的挑战。

　　从全球来看，半导体产业确实在走向平稳期，未来会否进入滞涨期不得而知，而中国市场机会最大。FPGA的应用领域很广，我国七大战略新兴产业，包括节能环保、新能源、新一代信息技术、新能源汽车等对于FPGA的应用都存在诸多机会，对本土FPGA企业是一个很大的商机。

　　本土FPGA厂商要先固本，然后求发展。通过产业化的单点产品的技术及工艺突破。 来积聚自身生存的力量，以达成产品系列全面产业化的实现，赶上世界技术发展的步伐。在资金充裕条件下，要积极从全球引进FPGA领域的高端领军人才，逐步培养我国可编程技术的本土人才。国内FPGA厂商也要以点带面、加强整机企业对国产FPGA产业的牵引作用、借助国家重大项目推动国产FPGA产业发展、适当引入资本市场，推动产业的快速发展。

　　希望本土FPGA厂商继续加大创新力度，在FPGA软硬件协同设计、工艺创新、集成创新下实现更大的发展，我们期待本土FPGA产品进入主流市场那一天早日到来。