FPGA國(guó)產(chǎn)化替代道阻且長(zhǎng)?

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(jí)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(chǎng)規(guī)模近年來(lái)穩(wěn)步增長(zhǎng)，從2013年的45.63億美元增至2018年的63.35億美元，預(yù)計(jì)2025年有望達(dá)到約125.21億美元。

在應(yīng)用起量的過(guò)程中，國(guó)內(nèi)高端產(chǎn)品完全依賴(lài)進(jìn)口、研發(fā)人才極度短缺、核心專(zhuān)利受限等情況也越發(fā)凸顯。由于起步時(shí)間較晚，國(guó)內(nèi)FPGA企業(yè)想要實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)突圍困難重重。

與此同時(shí)，當(dāng)前中美貿(mào)易戰(zhàn)影響下，國(guó)產(chǎn)化替代成為了市場(chǎng)的發(fā)展主旋律，但從當(dāng)前國(guó)內(nèi)的FPGA產(chǎn)品研發(fā)水平來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)FPGA國(guó)產(chǎn)化替代，仍然有很長(zhǎng)的路要走。

寡頭壟斷特性顯著

全球FPGA市場(chǎng)呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，87%市場(chǎng)份額被賽靈思與英特爾（2015年收購(gòu)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(gòu)Microsemi）分別位列第三和第四，共占有5.6%的市場(chǎng)份額。上述四家美國(guó)企業(yè)合計(jì)占有全球FPGA市場(chǎng)份額達(dá)92%以上。

從市場(chǎng)布局情況來(lái)看，賽靈思和英特爾主要布局的方向?yàn)閿?shù)據(jù)中心、5G以及AI，主打平臺(tái)為異構(gòu)多核及自適應(yīng)加速器平臺(tái)；Lattice主要聚焦消費(fèi)、工業(yè)互聯(lián)等領(lǐng)域；而Microsemi由于采用反熔絲工藝，具備獨(dú)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(chǎng)。

對(duì)于國(guó)內(nèi)FPGA企業(yè)而言，所處市場(chǎng)可以說(shuō)“僧多肉少”。

集微網(wǎng)了解到，目前國(guó)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(chǎng)規(guī)模約69億美元，中國(guó)FPGA市場(chǎng)約120億人民幣，其中民用市場(chǎng)約100億，國(guó)產(chǎn)滲透率僅約4%。

面對(duì)高額的研發(fā)投入，市場(chǎng)應(yīng)用情況不容樂(lè)觀，當(dāng)前國(guó)內(nèi)FPGA企業(yè)仍然處于持續(xù)虧損階段，尚未有企業(yè)實(shí)現(xiàn)自負(fù)盈虧。

以復(fù)旦微為例，其2020上半年FPGA產(chǎn)品營(yíng)收約6221.55萬(wàn)元，而一次先進(jìn)工藝投片費(fèi)用就要大幾千萬(wàn)，千萬(wàn)級(jí)的營(yíng)收規(guī)模似乎顯得微不足道。

在工藝制程方面，國(guó)內(nèi)FPGA產(chǎn)品與國(guó)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(guó)外龍頭賽靈思工藝技術(shù)已達(dá)7nm、10nm級(jí)，可實(shí)現(xiàn)4-5億門(mén)器件規(guī)模。而國(guó)內(nèi)企業(yè)目前工藝技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)的是40nm級(jí)，28nm級(jí)的FPGA仍處于研發(fā)測(cè)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(guó)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(mén)級(jí)FPGA產(chǎn)品，SerDes傳輸速率達(dá)到最高13.1Gbps，并在2019年正式銷(xiāo)售；目前，其正在28nm工藝制程上研發(fā)基于FPGA的PSoC芯片，同時(shí)還開(kāi)啟了14/16nm工藝制程的10億門(mén)級(jí)FPGA產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程。

“復(fù)旦微與美國(guó)同行的技術(shù)差距最少是三代，甚至三代以上。”Xilinx（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(lái)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(dòng)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(chǎng)方面，復(fù)旦微產(chǎn)品主要針對(duì)軍工領(lǐng)域，并未在商業(yè)市場(chǎng)有所應(yīng)用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)FPGA商用市場(chǎng)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(guó)產(chǎn)FPGA技術(shù)落后較多，但在中低端密度相同產(chǎn)品中，國(guó)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(guó)外器件。

具體而言，由于國(guó)外器件前期已經(jīng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用，當(dāng)客戶在應(yīng)用過(guò)程中向其反饋需求時(shí)，由于其產(chǎn)品多為標(biāo)準(zhǔn)化器件，不會(huì)針對(duì)性對(duì)某些客戶需求進(jìn)行優(yōu)化更新，這便給國(guó)產(chǎn)FPGA企業(yè)帶來(lái)機(jī)會(huì)。

高云半導(dǎo)體資深產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理趙生勤表示：“我們會(huì)在國(guó)外器件的基礎(chǔ)上，結(jié)合客戶反饋的關(guān)于國(guó)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(jí)別的競(jìng)爭(zhēng)上，國(guó)內(nèi)的FPGA器件在性能、功能、功耗等方面，與國(guó)外相比并沒(méi)有劣勢(shì)?！?/p>

“在中美貿(mào)易戰(zhàn)摩擦影響下，國(guó)產(chǎn)化替代需求強(qiáng)勁，但由于起步時(shí)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(zhǎng)期積累，在高端器件產(chǎn)品方面，國(guó)產(chǎn)FPGA仍然需要較長(zhǎng)時(shí)間積累方能有所突破?！壁w生勤補(bǔ)充道。

國(guó)產(chǎn)替代道阻且長(zhǎng)

集微網(wǎng)了解到，雖然近幾年國(guó)內(nèi)FPGA廠商在市場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中有所突破，在技術(shù)方面也取得了一定成績(jī)，但國(guó)產(chǎn)FPGA仍然在生態(tài)系統(tǒng)、專(zhuān)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(lèi)似，需要大量的支持者提供良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，從而增強(qiáng)整個(gè)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(guó)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(fèi)大量的人力、物力及時(shí)間來(lái)建設(shè)。

專(zhuān)利技術(shù)方面，國(guó)外擁有FPGA約1.6-2萬(wàn)項(xiàng)專(zhuān)利，且許多都是核心專(zhuān)利；而國(guó)內(nèi)擁有的FPGA研發(fā)相關(guān)專(zhuān)利不超過(guò)1000項(xiàng)，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(guó)，人數(shù)規(guī)模1萬(wàn)人以上，少部分在新加坡等地；而國(guó)內(nèi)FPGA研發(fā)人才稀少，人數(shù)不足1000人，與國(guó)外技術(shù)人才數(shù)量差距巨大，且國(guó)外FPGA人才的儲(chǔ)備能量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)。

研制難度較大，F(xiàn)PGA與CPU類(lèi)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(lái)研制，如7nm/10nm的芯片需要業(yè)內(nèi)最頂尖的封裝技術(shù)來(lái)封裝，且FPGA對(duì)測(cè)試能力要求極高，因?yàn)镕PGA的靈活特性，決定了其在測(cè)試階段很難做到100%覆蓋，若測(cè)試覆蓋不全面，則會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)與銷(xiāo)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(guó)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(cè)試機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步加大了FPGA的整體研制難度。

與此同時(shí)，F(xiàn)PGA還面臨較長(zhǎng)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(duì)產(chǎn)品的催熟和量產(chǎn)還需1-2年，量產(chǎn)后到客戶項(xiàng)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(chǎng)主流還需3年左右的時(shí)間，因此FPGA芯片的前期準(zhǔn)備時(shí)間非常長(zhǎng)，粗略估算大約需要5-8年的時(shí)間。如果按此時(shí)間估算，想要實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)高端FPGA產(chǎn)品替代，仍然至少需要5年時(shí)間，甚至更久。
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