憑著“可編程性”和“靈活性”等特性，FPGA近幾年在5G通信、人工智能等具有較頻繁的迭代升級周期、較大的技術(shù)不確定性的領(lǐng)域大放異彩。

根據(jù)Market Research Future數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)PGA全球市場規(guī)模近年來穩(wěn)步增長，從2013年的45.63億美元增至2018年的63.35億美元，預(yù)計2025年有望達(dá)到約125.21億美元。

在應(yīng)用起量的過程中，國內(nèi)高端產(chǎn)品完全依賴進(jìn)口、研發(fā)人才極度短缺、核心專利受限等情況也越發(fā)凸顯。由于起步時間較晚，國內(nèi)FPGA企業(yè)想要實現(xiàn)市場突圍困難重重。

與此同時，當(dāng)前中美貿(mào)易戰(zhàn)影響下，國產(chǎn)化替代成為了市場的發(fā)展主旋律，但從當(dāng)前國內(nèi)的FPGA產(chǎn)品研發(fā)水平來看，要實現(xiàn)FPGA國產(chǎn)化替代，仍然有很長的路要走。

寡頭壟斷特性顯著

全球FPGA市場呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，87%市場份額被賽靈思與英特爾（2015年收購Altera）占據(jù)，分別以56%和31%的占有率居于第一和第二；而Lattice與MicroChip（2018年收購Microsemi）分別位列第三和第四，共占有5.6%的市場份額。上述四家美國企業(yè)合計占有全球FPGA市場份額達(dá)92%以上。

從市場布局情況來看，賽靈思和英特爾主要布局的方向為數(shù)據(jù)中心、5G以及AI，主打平臺為異構(gòu)多核及自適應(yīng)加速器平臺；Lattice主要聚焦消費、工業(yè)互聯(lián)等領(lǐng)域；而Microsemi由于采用反熔絲工藝，具備獨到的加密性，因此其主要聚焦航空航天、軍工及其他與加密相關(guān)的市場。

對于國內(nèi)FPGA企業(yè)而言，所處市場可以說“僧多肉少”。

集微網(wǎng)了解到，目前國內(nèi)布局FPGA企業(yè)主要包括復(fù)旦微、安路科技、高云半導(dǎo)體、智多晶、771/772所、AGM、京微齊力等企業(yè)。

數(shù)據(jù)顯示，2019年全球FPGA市場規(guī)模約69億美元，中國FPGA市場約120億人民幣，其中民用市場約100億，國產(chǎn)滲透率僅約4%。

面對高額的研發(fā)投入，市場應(yīng)用情況不容樂觀，當(dāng)前國內(nèi)FPGA企業(yè)仍然處于持續(xù)虧損階段，尚未有企業(yè)實現(xiàn)自負(fù)盈虧。

以復(fù)旦微為例，其2020上半年FPGA產(chǎn)品營收約6221.55萬元，而一次先進(jìn)工藝投片費用就要大幾千萬，千萬級的營收規(guī)模似乎顯得微不足道。

在工藝制程方面，國內(nèi)FPGA產(chǎn)品與國際先進(jìn)水平也相差較大。

工藝制程相差2代以上

筆者了解到，目前國外龍頭賽靈思工藝技術(shù)已達(dá)7nm、10nm級，可實現(xiàn)4-5億門器件規(guī)模。而國內(nèi)企業(yè)目前工藝技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)的是40nm級，28nm級的FPGA仍處于研發(fā)測試階段，尚未大規(guī)模商用。

以復(fù)旦微為例，其在FPGA領(lǐng)域涉足最久，且是目前國內(nèi)FPGA電路規(guī)模最大的企業(yè)之一，在技術(shù)方面也較為靠前。

據(jù)了解，2018年第二季度復(fù)旦微率先推出28nm工藝制程的億門級FPGA產(chǎn)品，SerDes傳輸速率達(dá)到最高13.1Gbps，并在2019年正式銷售；目前，其正在28nm工藝制程上研發(fā)基于FPGA的PSoC芯片，同時還開啟了14/16nm工藝制程的10億門級FPGA產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程。

“復(fù)旦微與美國同行的技術(shù)差距最少是三代，甚至三代以上?！盭ilinx（賽靈思）數(shù)據(jù)中心架構(gòu)師唐杰此前表示，從工藝情況來看，賽靈思2013年發(fā)布28nm產(chǎn)品，當(dāng)前已經(jīng)到7nm，而復(fù)旦微則剛啟動14/16nm工藝制程產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程，從工藝講差了兩代；在關(guān)鍵的指標(biāo)I/O方面，復(fù)旦微芯片I/O能力只有10G，賽靈思已經(jīng)發(fā)展到100G，相差3代。

據(jù)了解，雖然其已經(jīng)推出28nm工藝制程的FPGA產(chǎn)品，但在應(yīng)用市場方面，復(fù)旦微產(chǎn)品主要針對軍工領(lǐng)域，并未在商業(yè)市場有所應(yīng)用。當(dāng)前國內(nèi)FPGA商用市場仍主要以40nm、55nm工藝制程器件為主。

中低端密度產(chǎn)品“破圈”

盡管在先進(jìn)工藝制程方面，國產(chǎn)FPGA技術(shù)落后較多，但在中低端密度相同產(chǎn)品中，國內(nèi)FPGA產(chǎn)品性能絲毫不遜色，甚至部分性能、功能要超越國外器件。

具體而言，由于國外器件前期已經(jīng)在國內(nèi)市場應(yīng)用，當(dāng)客戶在應(yīng)用過程中向其反饋需求時，由于其產(chǎn)品多為標(biāo)準(zhǔn)化器件，不會針對性對某些客戶需求進(jìn)行優(yōu)化更新，這便給國產(chǎn)FPGA企業(yè)帶來機(jī)會。

高云半導(dǎo)體資深產(chǎn)品市場經(jīng)理趙生勤表示：“我們會在國外器件的基礎(chǔ)上，結(jié)合客戶反饋的關(guān)于國外器件一些做不到的地方，優(yōu)化出我們的產(chǎn)品，所以在同級別的競爭上，國內(nèi)的FPGA器件在性能、功能、功耗等方面，與國外相比并沒有劣勢?！?/p>

“在中美貿(mào)易戰(zhàn)摩擦影響下，國產(chǎn)化替代需求強(qiáng)勁，但由于起步時間較晚，F(xiàn)PGA產(chǎn)品技術(shù)壁壘較高，產(chǎn)品迭代優(yōu)化均需要長期積累，在高端器件產(chǎn)品方面，國產(chǎn)FPGA仍然需要較長時間積累方能有所突破?！壁w生勤補(bǔ)充道。

國產(chǎn)替代道阻且長

集微網(wǎng)了解到，雖然近幾年國內(nèi)FPGA廠商在市場應(yīng)用過程中有所突破，在技術(shù)方面也取得了一定成績，但國產(chǎn)FPGA仍然在生態(tài)系統(tǒng)、專利技術(shù)、研發(fā)人才、研制難度等方面面臨巨大挑戰(zhàn)。

生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)方面，F(xiàn)PGA與CPU類似，需要大量的支持者提供良好的開發(fā)環(huán)境，從而增強(qiáng)整個FPGA生態(tài)的建設(shè)力度，這樣才能有助于后續(xù)產(chǎn)品的推廣，而國產(chǎn)芯片器件剛剛起步，目前的生態(tài)系統(tǒng)十分不完善，需要花費大量的人力、物力及時間來建設(shè)。

專利技術(shù)方面，國外擁有FPGA約1.6-2萬項專利，且許多都是核心專利；而國內(nèi)擁有的FPGA研發(fā)相關(guān)專利不超過1000項，在FPGA核心技術(shù)方面較為欠缺；

人才方面，資料顯示，全球FPGA核心人才大部分都在美國，人數(shù)規(guī)模1萬人以上，少部分在新加坡等地；而國內(nèi)FPGA研發(fā)人才稀少，人數(shù)不足1000人，與國外技術(shù)人才數(shù)量差距巨大，且國外FPGA人才的儲備能量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)。

研制難度較大，F(xiàn)PGA與CPU類似，需要行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的工藝和最優(yōu)秀的供應(yīng)鏈資源來研制，如7nm/10nm的芯片需要業(yè)內(nèi)最頂尖的封裝技術(shù)來封裝，且FPGA對測試能力要求極高，因為FPGA的靈活特性，決定了其在測試階段很難做到100%覆蓋，若測試覆蓋不全面，則會影響產(chǎn)品的品質(zhì)與銷售，因此FPGA芯片的研發(fā)與生產(chǎn)需要多方面優(yōu)質(zhì)供應(yīng)鏈的配合。

然而，國外巨頭如賽靈思等壟斷了行業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的供應(yīng)商資源，如封裝廠及測試機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步加大了FPGA的整體研制難度。

與此同時，F(xiàn)PGA還面臨較長的生命周期。

“FPGA是生命周期可達(dá)15-20年的產(chǎn)品，且背后要付出巨大的投入?！币晃徊辉妇呙臉I(yè)內(nèi)人士向集微網(wǎng)表示，一款采用新工藝的FPGA產(chǎn)品的研發(fā)周期約3-5年，研發(fā)成功后對產(chǎn)品的催熟和量產(chǎn)還需1-2年，量產(chǎn)后到客戶項目量產(chǎn)落地還需1-2年，而落地后到產(chǎn)品真正普及成為市場主流還需3年左右的時間，因此FPGA芯片的前期準(zhǔn)備時間非常長，粗略估算大約需要5-8年的時間。如果按此時間估算，想要實現(xiàn)國產(chǎn)高端FPGA產(chǎn)品替代，仍然至少需要5年時間，甚至更久。
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