本文來自“FPGA專題：萬能芯片點燃新動力，國產(chǎn)替代未來可期（2023）”，全球范圍內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展可分為兩個階段。

（1）第一階段是20世紀80年代開始的創(chuàng)業(yè)潮與行業(yè)壟斷化。Lattice、Altera、Xilinx和Actel在1983~1985年陸續(xù)成立，并迅速成長為FPGA行業(yè)四大龍頭；2010年后Xilinx和Altera已經(jīng)占據(jù)80%以上的市場份額，剩余份額則大部分被Lattice和Actel瓜分。

（2）第二階段是從2010年開始、以大型并購案為特點的行業(yè)洗牌。隨著半導體行業(yè)對FPGA的重視加大，Microchip、Intel和AMD等半導體龍頭紛紛下場收購與整合FPGA業(yè)務(wù)，尤其是Xilinx和Altera分別與母公司AMD和Intel形成CPU+FPGA的集合優(yōu)勢，戰(zhàn)略部署數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。中國FPGA產(chǎn)業(yè)起步和發(fā)展較晚。復(fù)旦微電子自2004年開始進行FPGA研發(fā)，布局相對較早，安路科技和紫光同創(chuàng)也于2011和2013年相繼成立。

國際龍頭廠商產(chǎn)品矩陣完整性高，覆蓋面廣。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已形成全面覆蓋從數(shù)十K至數(shù)千K個邏輯單元量級、從低端到高端的全系列產(chǎn)品線，已可對工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領(lǐng)域形成全面覆蓋。

AMD（Xilinx）FPGA相關(guān)產(chǎn)品矩陣主要包括：四大FPGA產(chǎn)品系列（VIRTEX、KINTEX、ARTIX、SPARTAN），以及集成度更高的兩大自適應(yīng)SoC（Adaptive SoC）系列（ZYNQ、VERSAL）。

（1）從芯片制程來看，主要有UltraScale+（16nm）、UltraScale（20nm）、7系列（28nm）和6系列（45nm）四大類，VERSAL則是整體升級為7nm制程。

（2）從芯片架構(gòu)來看，F(xiàn)PGA單芯片向更先進工藝、更高速電路結(jié)構(gòu)、復(fù)雜異構(gòu)SoC系統(tǒng)發(fā)展，AMD（Xilinx）的VERSAL系列產(chǎn)品中集成了PCIe、Ethernet通信協(xié)議以及AI引擎、NoC架構(gòu)等。

（3）從產(chǎn)品價格來看，隨著產(chǎn)品定位從低端走向高端，F(xiàn)PGA容量等指標不斷提升，通信架構(gòu)逐漸升級，對應(yīng)開發(fā)板的價格也從數(shù)百美元逐步增加到一萬多美元。

（4）從應(yīng)用領(lǐng)域來看，數(shù)據(jù)中心等高端應(yīng)用所適用的FPGA芯片大多為高端FPGA產(chǎn)品線，僅有少部分中高端FPGA也能夠滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)加速需求。

觀點#1：在高端FPGA硬件水平上，國產(chǎn)廠商與國際龍頭尚存在較大差距

首先在制造工藝方面，AMD（Xilinx）Versal系列已經(jīng)進入7nm制程工藝，Intel（Altera）與之對標的Agilex系列也已采用Intel 7制程工藝。國產(chǎn)廠商目前尚處于28nm的技術(shù)節(jié)點，且在28nm產(chǎn)品的推出節(jié)點上落后于兩大國際龍頭近十年。作為FPGA芯片性能的基礎(chǔ)性指標，芯片制程仍然是國產(chǎn)替代突圍的關(guān)鍵。

其次是硬件架構(gòu)方面，國際龍頭已經(jīng)開始在高端產(chǎn)品中使用先進的NoC片上通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及兼顧內(nèi)存容量與帶寬的HBM存儲架構(gòu)，AMD（Xilinx）更是開創(chuàng)ACAP的新型異構(gòu)模式，因此架構(gòu)創(chuàng)新與升級也是國產(chǎn)廠商未來發(fā)展需要攻克的難關(guān)。

在應(yīng)用領(lǐng)域方面，行業(yè)龍頭企業(yè)AMD（Xilinx）、Intel（Altera）的產(chǎn)品已可對工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領(lǐng)域形成全面覆蓋，國產(chǎn)廠商現(xiàn)階段的產(chǎn)品線尚有不足。與硬件水平的問題殊途同歸，國產(chǎn)FPGA首先需要突破先進的硬件技術(shù)，才能夠在高端應(yīng)用領(lǐng)域占有一席之地，而目前國產(chǎn)FPGA尚處于中低端市場，自主可控道阻且長。

AMD、Intel雙寡頭主導市場，中端市場國產(chǎn)化機遇顯現(xiàn)。全球市場競爭格局穩(wěn)定，國際龍頭占據(jù)絕對市場份額。根據(jù)Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，2019年全球前四大FPGA廠商合計占據(jù)94.4%的市場份額，其中，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）分別占據(jù)51.7%、33.7%的絕對份額，具有難以撼動的市場地位。

中國市場競爭格局主要呈現(xiàn)兩大特點：（1）國產(chǎn)FPGA廠商開始崛起。近年來，隨著國產(chǎn)替代趨勢漸漸進入FPGA市場，國產(chǎn)FPGA廠商已占有一席之地。

測算，主要國產(chǎn)FPGA設(shè)計公司合計營業(yè)收入自2018年的2億元增長至2022年的33億元，2022年全球市占率已超過5%（按本文2.3測算口徑），國產(chǎn)化進程大步推進。（2）國際龍頭廠商在中國市場的占有率略低于全球市場（出貨量口徑）。

2019年，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）在中國市場的份額為36.6%/25.3%（出貨量口徑），低于其在全球市場51.7%/33.7%的份額。

從需求側(cè)看：中國FPGA市場目前以容量<500K、制程在?28-90nm?的產(chǎn)品為主，中低端市場空間更為廣闊。根據(jù)?Frost&Sullivan?數(shù)據(jù)，（1）按邏輯單元拆分，目前?100K?以下邏輯單元的?FPGA?芯片仍是市場需求量最大的部分，其次為100K-500K?邏輯單元部分。500K?以下邏輯單元的?FPGA?芯片合計占有?69.9%的市場份額（2019?年中國市場，銷售額口徑）。

（2）按制程拆分，目前28nm-90nm制程區(qū)間內(nèi)的FPGA芯片由于其較高的性價比與較高的良品率依然占據(jù)了市場中63.3%的份額（2019年中國市場，銷售額口徑）。此外，由于先進制程產(chǎn)品具有更低功耗與面積和更高的性能，28nm以下制程的FPGA芯片預(yù)計將快速發(fā)展。

從供給側(cè)看：國際龍頭對中端FPGA投入放緩，中端市場迎來機遇。2022年9月，AMD宣布Xilinx 7系列產(chǎn)品的生命周期將至少延長至2035年，這意味著在中端FPGA領(lǐng)域，AMD的戰(zhàn)略是維持舊有市場，而非增加投入。這為原本在低端市場發(fā)展的FPGA廠商帶來機遇。

觀點#2：國產(chǎn)廠商滲透率不斷提升，中低端市場帶來國產(chǎn)替代強大驅(qū)動力

從市場層面看：FPGA供需兩側(cè)為國產(chǎn)替代營造有利格局，國產(chǎn)化已初顯成效。國內(nèi)FPGA市場對中低端產(chǎn)品需求旺盛，國產(chǎn)FPGA可觸達市場空間依然廣闊。FPGA龍頭廠商被CPU龍頭收購，未來戰(zhàn)略向母公司數(shù)據(jù)中心相關(guān)業(yè)務(wù)傾斜，國產(chǎn)FPGA獲得進入中端市場的機遇和空間。從公司層面看：

（1）國產(chǎn)FPGA已形成28nm產(chǎn)品系列，進軍更先進制程。復(fù)旦微于2018年率先推出28nm億門級FPGA，安路科技與紫光同創(chuàng)于2020年先后來到28nm節(jié)點。各公司在更先進制程均已進行多年研發(fā)與積累，劍指國產(chǎn)FPGA尚未觸及的高端市場。

（2）新興領(lǐng)域積極布局，尋求更大市場空間。安路科技積極開拓汽車電子、數(shù)據(jù)中心、運算加速等新興市場，復(fù)旦微新一代配置有APU、GPU、VPU、eFPGA、AI引擎的異構(gòu)智能PSoC產(chǎn)品——FPAI也成功發(fā)布，紫光同創(chuàng)第二代面向人工智能、機器視覺等領(lǐng)域的SoPC已經(jīng)啟動研發(fā)。FPGA行業(yè)廣闊的市場空間仍將持續(xù)驅(qū)動國產(chǎn)FPGA廠商加速成長。

在于小型FPGA產(chǎn)品的市場基礎(chǔ)扎實，在工業(yè)控制、LED等行業(yè)出貨量較大。復(fù)旦微FPGA產(chǎn)品主要應(yīng)用于高可靠等特定領(lǐng)域，毛利率水平普遍較高。紫光同創(chuàng)背靠紫光集團，與長江存儲、紫光展銳、新華三等同屬一系，在5G通信行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈進行了布局，擁有較強的融資能力和市場運作能力。

通過將產(chǎn)品線與營收體量對比來看，先進制程對FPGA廠商營收帶動明顯。復(fù)旦微進入市場較早，2018年其FPGA營收顯著高于安路科技、紫光同創(chuàng)。隨著2020年安路科技與紫光同創(chuàng)相繼推出28nm新制程產(chǎn)品，營收體量快速成長，2019-2022年營收CAGR分別達到104%、145%，略快于復(fù)旦微71%的CAGR增速。

海外FPGA廠商已建立成熟的EDA軟件生態(tài)環(huán)境。AMD（Xilinx）研發(fā)的Vitis、Vivado以及Vitis AI設(shè)計工具可以幫助AI科學家、應(yīng)用與算法工程師、嵌入式軟件開發(fā)人員以及傳統(tǒng)硬件開發(fā)人員等所有類型的開發(fā)人員使用AMD自適應(yīng)計算解決方案。Intel（Altera）Quartus Prime軟件包含從設(shè)計輸入和合成到優(yōu)化、驗證和模擬的所有步驟，另有Questa等多款其他軟件，覆蓋FPGA、CPLD和SoC FPGA的完整開發(fā)工具。Lattice也具有Diamond、Radiant、Propel等設(shè)計工具，提供專為Lattice器件而優(yōu)化的設(shè)計流程。

國產(chǎn)FPGA廠商亦不落下風，研發(fā)投入占比較大。紫光同創(chuàng)Pango DesignSuite軟件開發(fā)工具是一款擁有國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模FPGA開發(fā)軟件，可以支持千萬門級FPGA器件的設(shè)計開發(fā)。復(fù)旦微也已具備全流程自主知識產(chǎn)權(quán)FPGA配套EDA工具ProciseTM。安路科技TangDynasty、FutureDynasty是其自主開發(fā)的FPGA、FPSoC集成開發(fā)環(huán)境，其中FutureDynasty可以實現(xiàn)RISC-V工程的編譯與調(diào)試，根據(jù)其招股書披露數(shù)據(jù)，2018-2021H1，F(xiàn)PGA及FPSoC軟件研發(fā)相關(guān)投入分別占總研發(fā)投入的25%/30%/26%/19%，軟件工具的研發(fā)亦成為FPGA公司研發(fā)投入的重要組成部分。

審核編輯：湯梓紅