淺析國內(nèi)FPGA市場發(fā)展現(xiàn)狀

2018年上半年對于中國半導體行業(yè)而言是多事之秋，發(fā)生了幾件讓國人深入思考的大事。我作為IC產(chǎn)業(yè)的逃兵，最近也在思考很多的問題，包括資本市場、集成電路行業(yè)和研究所的一些不成熟的想法。

2008年進入華中科技大學電子系，中科院半導體所畢業(yè)后進入聯(lián)發(fā)科從事手機芯片開發(fā)（沒錯，就是賣的不怎么好的X30）。離開MTK之前有一段小插曲，招我進聯(lián)發(fā)科的老大后來自己出來創(chuàng)業(yè)做安防芯片，當時喊我去他的團隊，其實從一個技術(shù)員工或者說前途上看，選擇前老大公司是確定無疑最好的出路（優(yōu)秀的老大，出色的技術(shù)，看得見估值增長）。不過我最后還是選擇了成為二級狗，整個芯片行業(yè)其實對于技術(shù)人員的需求量還是非常高的。

我想把芯片行業(yè)分為幾個類別：數(shù)字芯片、模擬芯片、射頻芯片以及FPGA分開來說說，希望自己在總結(jié)知識的同時有機會和大家多多溝通交流。

今天先就從FPGA開始說起吧。

FPGA——現(xiàn)場可編程門陣列，是指一切通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元，完成既定設(shè)計功能的數(shù)字集成電路。換個簡單通俗的介紹方式，就好比一個全能運動員，游泳如孫楊、跨欄像劉翔、網(wǎng)球能力堪比李娜，F(xiàn)PGA就是這么神奇的可以通過設(shè)定而實現(xiàn)各種復雜的功能電路。FPGA的核心優(yōu)點：可編程靈活性高、開發(fā)周期短、并行計算可編程靈活性高。同時FPGA也有自身的很多需要解決的問題，F(xiàn)PGA限制因素：成本、功耗和編程設(shè)計。

市場空間：

根據(jù)權(quán)威市場調(diào)研機構(gòu)Gartner數(shù)據(jù)顯示，2014年全球FPGA市場總規(guī)模達到50億美金，其中，中國的市場份額有15億美金，中國市場占全球市場的三分之一。分析機構(gòu)預(yù)計2015年至2020年全球FPGA市場的年復合增長率為9%，到2020年全球FPGA 市場規(guī)模將達84億美金。

具體細分領(lǐng)域來看，在FPGA被用于深度學習之前，F(xiàn)PGA主要有3大應(yīng)用方向：（1）通信設(shè)備的高速接口電路設(shè)計，F(xiàn)PGA可以用來做高速信號處理，一般如果AD采樣率高，數(shù)據(jù)速率高，這時就需要FPGA對數(shù)據(jù)進行處理，比如對數(shù)據(jù)進行抽取濾波，降低數(shù)據(jù)速率，使信號容易處理，傳輸，存儲；（2）數(shù)字信號處理方向/數(shù)學計算方向，包括圖像處理，雷達信號處理，醫(yī)學信號處理等，優(yōu)勢是實時性好，用面積換速度，比CPU快的多；（3）SOPC，即利用FPGA這個平臺搭建的一個嵌入式系統(tǒng)的底層硬件環(huán)境，然后設(shè)計者在上面進行嵌入式軟件開發(fā)。

FPGA國際市場

1984年Xilinx剛剛創(chuàng)造出FPGA時，它還是簡單的膠合邏輯芯片，而如今在信號處理和控制應(yīng)用中，它已經(jīng)取代了自定制專用集成電路（ASIC）和處理器。短短30年的歷史長河中，超過上百家行業(yè)巨頭殺入這個市場，不過最后大部分都鎩羽而歸。這些公司包括了Intel、Philips、Agere Systems、AMD以及摩托羅拉等國際知名的芯片設(shè)計廠商。這是因為，賽靈思和Altera在這個領(lǐng)域深耕幾十年，兩家持續(xù)不斷地軍備競賽，占據(jù)了90%市場，提前布局的專利保護對后來者形成了強大的市場壁壘，幾乎封鎖了所有通向FPGA商用產(chǎn)品的通途。而Microsemi和latTIce，QuickLogic曾經(jīng)挑戰(zhàn)他們的霸主地位，但是他們的市場份額加起來也不到10%。而最后也因為種種原因市場份額不斷下滑，并沒有實現(xiàn)對雙寡頭的突破和挑戰(zhàn)。

可以說，F(xiàn)PGA是全球芯片設(shè)計業(yè)最需要技術(shù)和壟斷突破的產(chǎn)品之一，在所有的芯片領(lǐng)域中屬于最難以突破和打破格局的技術(shù)產(chǎn)品。

Xilinx：發(fā)明的FPGA顛覆了半導體世界，創(chuàng)立了Fabless（無晶圓廠）的半導體模式。Xilinx的產(chǎn)品組合融合了 FPGA、SoC 和 3DIC 系列 All Programmable 器件，以及全可編程的開發(fā)模型，包括軟件定義的開發(fā)環(huán)境等。產(chǎn)品支持 5G 無線、嵌入式視覺、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和云計算所驅(qū)動的各種智能、互連和差異化應(yīng)用。2014年12月，Xilinx的20nm芯片實現(xiàn)量產(chǎn)，2015年Xilinx緊接著推出新的16nm FPGA和SoC，并采用新型存儲器UltraRAM，因此繼28nm和20nm之后，繼續(xù)在行業(yè)中保持領(lǐng)先。公司產(chǎn)品縱向布局各個制程，因為20nm、28nm、40nm等制程的產(chǎn)品會在市場共存，以滿足復雜度不同的各種應(yīng)用。

Altera：是世界上“可編程芯片系統(tǒng)”（SOPC）解決方案倡導者。結(jié)合帶有軟件工具的可編程邏輯技術(shù)、知識產(chǎn)權(quán)(IP)和技術(shù)服務(wù)，在世界范圍內(nèi)為14,000多個客戶提供高質(zhì)量的可編程解決方案。2015年，英特爾宣布以167億美元收購FPGA廠商Altera。這是英特爾公司歷史上規(guī)模最大的一筆收購。隨著收購完成，Altera將成為英特爾旗下可編程解決方案事業(yè)部。在和Xilinx的制程戰(zhàn)之爭中，兩家巨頭各領(lǐng)風騷，Altera路線圖中，最近的產(chǎn)品系列"Cedar"（替代Cyclone）采用了臺積電16nm工藝將在2016年上半年交付使用。"Oak"系列采用英特爾的14nm工藝，于2016年下半年交付，"Sequoia"采用英特爾的10nm工藝，將于2018年上市Altera將贏得10nm工藝節(jié)點之戰(zhàn)。

LatTIce：LatTIce（是全球智能互連解決方案市場的領(lǐng)導者，也是全球第二大FPGA廠，提供市場領(lǐng)先的IP和成本低、功耗小、小尺寸的器件。產(chǎn)品主要有三大塊：可編程邏輯；視頻傳輸；毫米波解決方案。公司的最終用戶主要是通訊、計算機、工業(yè)、汽車、醫(yī)藥、軍事及消費品市場的原始設(shè)備生產(chǎn)商。在雙大哥的夾擊之下，LatTIce的路也是走的越發(fā)艱難，在中高端市場難以與前兩者抗衡。

中國的破局

紫光集團想通過購買Lattice快速發(fā)展，受到美國外國投資委員會(CFIUS)的審查和特朗普政府的反對后收購以失敗告終。那對于國內(nèi)FPGA如何破局，如何發(fā)展，在無法通過外延引入技術(shù)的條件下，國內(nèi)也只能通過人研發(fā)和技術(shù)積累打破當前的這種格局。

京微雅格：公司聚集了最早在FPGA行業(yè)耕耘與嘗試的一批技術(shù)精英，他們采用了SoC FPGA的戰(zhàn)略，片上整合了DSP、Memory、MCU等單元的CME-GM7系列，試圖通過整合的優(yōu)勢打破FPGA市場的壁壘。這個公司實際上有兩條產(chǎn)品線：1、自身從頭研發(fā)的，面向中低端市場的金山系列；2、收購美國CSwitch的產(chǎn)品線，面向高速通信市場。

產(chǎn)品型號：M7華山系列；HR3純FPGA低功耗系列；M5金山系列；M1衡山系列。

不過比較可惜是，在特定的國內(nèi)行情和市場環(huán)境下，公司在發(fā)出自己最強音后也由于種種原因走入困境，讓自己舉步維艱。FPGA對技術(shù)支持的門檻相當高，由于京微雅格沒有辦法做到Pin-Pin，所以需要每一個產(chǎn)品都要有技術(shù)工程師保持長時間的維護和跟進，但是產(chǎn)品的成功率還可能不到10%，這樣的市場環(huán)境下，公司會陷入一種非常被動的局面，長時間的戰(zhàn)略失誤讓京微雅格陷入了人才、資本和發(fā)展僵局。

京微雅格的失敗有很多值得思考的地方，F(xiàn)PGA產(chǎn)業(yè)的成功不僅在產(chǎn)品，還在于產(chǎn)品線的生態(tài)系統(tǒng)平臺建設(shè)。這個生態(tài)系統(tǒng)平臺包括：FPGA芯片、EDA工具、IP庫……缺一不可。完善的生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給用戶更全面的設(shè)計資源，從而突出系統(tǒng)優(yōu)勢，迅速適應(yīng)各種市場應(yīng)用變化，快速搶占市場高地。同時，市場上的認可是決定芯片廠商能不能在高速的產(chǎn)品迭代中實現(xiàn)技術(shù)和資金的積累的重要因素，任何不被市場接受的高性能產(chǎn)品都是失敗的。

黃埔軍校之后的國內(nèi)格局

京微雅格在FPGA上的努力和成果給了本土后繼者很大的動力；京微雅格很多的技術(shù)研究人員在進入了后續(xù)成立的上海安路科技，AGM和高云半導體團隊里。也就是說，京微雅格在中國FPGA領(lǐng)域的開山鼻祖一樣的存在使得散亂后的技術(shù)人才分散都國內(nèi)其余的公司中，成為了人才與技術(shù)的黃埔軍校。

高云半導體：高云半導體的CEO朱璟輝和SVP宋寧都來自于Lattice團隊，尤其是朱璟輝，從清華大學畢業(yè)后，1996年-2011年任職Lattice，歷經(jīng)七代FPGA產(chǎn)品的研發(fā)，曾獲得11項美國專利，5項中國專利，目前還是科技部863計劃的可編程器件重大專項的技術(shù)負責人。而另一個核心人物宋寧除了任職Lattice高工，還任職過Cadence高工。目前負責高云半導體FPGA全流程軟件開發(fā)，對FPGA架構(gòu)、硬件設(shè)計、軟件研發(fā)同步開發(fā)有獨到經(jīng)驗。所以，Synopsys為高云提供前SynplifyPro高云版端軟件軟件，也是中國唯一由新思授權(quán)的FPGA前端軟件。

低密度非易失性FPGA已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)CPLD，并成為低密度FPGA市場的絕對主力，每年約5億美元的市場銷量?？梢哉f，高云半導體切入和對標的是Altera MAX V10和Lattice XO2/3；100萬門-500萬門易失性FPGA產(chǎn)品，采用臺積電55nm基于SRAM，可與Xillinx Spartan及Altera Cyclone系列PK。近日，高云宣布研發(fā)成功了GW3AT-100，這是國內(nèi)首款28納米中高密度FPGA，由臺積電代工。

上海安路科技：上海安路信息科技有限公司成立于2011年，總部位于浦東張江，創(chuàng)始人為文余波。公司創(chuàng)始人及核心團隊來自海外高級技術(shù)管理人才、國外FPGA公司產(chǎn)品開發(fā)骨干以及學術(shù)界資深FPGA科研人員組成。公司研發(fā)團隊60%以上是復旦、交大、UCLA、UIUC等國內(nèi)外高校的碩士或者是博士，具有很強的研究能力和設(shè)計水準。核心工作成員大多數(shù)在世界前五的FPGA公司和EDA公司中從事數(shù)十年以上技術(shù)研和管理工作，參與開發(fā)了多款世界領(lǐng)先的FPGA 芯片和最好的EDA 開發(fā)系統(tǒng)。安路當前已經(jīng)形成了從小規(guī)模CPLD（Elf-300、Elf-650）到2百萬門FPGA（EG-4、AL3-6、AL3-10、AL3-S10、EG-20、EG-D20）的系列器件，以及一顆已經(jīng)實際應(yīng)用了的千萬門級FPGA IP核（AL3-130）。華大半導體入股之后，其作為國內(nèi)最大的國產(chǎn)EDA軟件商華大九天與作為自主FPGA廠商安路科技，雙方在EDA工具上的合作空間，包括互補性上，都具有很大的想象力。

AGM：上海遨格芯微電子有限公司(AGM)成立于2012年，是國內(nèi)領(lǐng)先的以可編程邏輯技術(shù)為基礎(chǔ)，提供應(yīng)用市場SoC芯片的半導體集成電路無生產(chǎn)線設(shè)計公司。由來自美國硅谷知名可編程邏輯芯片企業(yè)的團隊和國內(nèi)資深工程團隊創(chuàng)辦。AGM是以開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的編譯軟件開始，兼容切入現(xiàn)有FPGA軟件的生態(tài)鏈。看到智能手機風口的AGM也不失時機出了一款用于智能手機和loT的FPGA芯片，在助力客戶逐漸退出低端市場之時，把握住機會，通過價格優(yōu)勢搶奪低端市場。通過最近幾年的不斷地產(chǎn)品迭代和市場擴展，AGM悄悄地積累了比較穩(wěn)定的客戶，產(chǎn)品線也開始豐富起來，成為了國內(nèi)FPGA的一批發(fā)展迅猛的黑馬。

同創(chuàng)國芯：國產(chǎn)化替代率最大，利潤最高的軍工院所應(yīng)用市場，基本上被同創(chuàng)國芯（深圳國微）壟斷。連當年的競爭對手成都華微，也是基本沒有了聲響。而且，同創(chuàng)國芯的民用拳頭產(chǎn)品Titan PGT30G已量產(chǎn)，該系列芯片可編程邏輯器件采用了完全自主產(chǎn)權(quán)的體系結(jié)構(gòu)和主流先進制造工藝，帶有DDR3和PCIe接口，是國內(nèi)少有的千萬門級FPGA。另外采用了***聯(lián)華UMC代工先進的40nm制程，在國內(nèi)領(lǐng)先。正在中興通訊，烽火通信試用。

FPGA行業(yè)的發(fā)展靠自力更生

國內(nèi)FPGA的發(fā)展只能依靠自主，這個必然需要漫長的等待和盡心的呵護，但除此之外沒有更好的選擇。芯片的自主設(shè)計是實現(xiàn)信息安全的最底層保障。這也是為什么與信息處理相關(guān)的基礎(chǔ)芯片（手機芯片、PC處理器等）需要實現(xiàn)自制的原因。在目前FPGA的技術(shù)和供給幾乎全部來源于美國，包括歐洲和日本等技術(shù)強國也沒有掌握到核心技術(shù)。

對于中國而言，國家促進集成電路發(fā)展已經(jīng)提升至國家戰(zhàn)略。同時特殊的應(yīng)用場景（軍工、導彈、航天航空）要求的FPGA是涉及到國家安全和領(lǐng)土安全的，對芯片的要求也會比較嚴謹，但這一塊本身高性能的產(chǎn)品國外對中國是禁運的，這也從另一方面促成國內(nèi)FPGA自己滿足的契機。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的FPGA主要用于軍工、通訊、航空航天等領(lǐng)域。

在民用領(lǐng)域，國內(nèi)是FPGA需求最大的市場，現(xiàn)在Xilinx、Altera最大的客戶就在中國，通訊市場華為中興烽火包攬了全國60%以上的量。同時人工智能芯片需求的高速并行計算對FPGA芯片的需求也在幾十億美元的數(shù)量級，而國內(nèi)是人工智能高速芯片發(fā)展最快，需求最大的市場。中國FPGA的發(fā)展紅利在于需求市場足夠大，有需求就要有相應(yīng)產(chǎn)品來支持。這對于國內(nèi)廠家就是機會，目前，同方國芯片已經(jīng)和華為中興合作，想實現(xiàn)一部分的國產(chǎn)替代。

最后，從技術(shù)角度來說，我們已經(jīng)不像10年前基本不懂核心技術(shù)。國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟完善，以及芯片設(shè)計能力的不斷加強，我們自己可以自主設(shè)計和流片ARM架構(gòu)的手機CPU（海思麒麟、大唐聯(lián)芯），并成功實現(xiàn)商業(yè)化，這在10年前都不敢相信。在我們在過去積累的技術(shù)沉淀和創(chuàng)新能力，已經(jīng)使得我們在FPGA的特定應(yīng)用領(lǐng)域（軍工、通訊）實現(xiàn)一定程度上的自我供給。未來也可能類似于CPU+FPGA用于云數(shù)據(jù)中心節(jié)中，這些應(yīng)用領(lǐng)域都是信息高度敏高的地方，使用自主設(shè)計的芯片更能實現(xiàn)安全可控。

后面，我還要說說我和IC界的朋友交流和我自己的一些感悟。

1.大家為什么對于技術(shù)的追求會停留下來。因為對于很多人來說，等到技術(shù)產(chǎn)生產(chǎn)品并融到資金后，實現(xiàn)技術(shù)積累到資本積累了。技術(shù)再產(chǎn)生的價值短時間內(nèi)比資本產(chǎn)生的價值會慢很多，多數(shù)人會從技術(shù)上轉(zhuǎn)向資本市場。這樣一遍遍反反復復，所以能看到在技術(shù)達到一定的平臺后會長時間的原地踏步，后來者也會跟隨前面人的腳步。

2.所謂的產(chǎn)業(yè)扶持，切不可本末倒置和打著旗幟反革命。芯片不簡單的是需要資本的支撐，因為不完善與不合理的資本炒作反而會使的行業(yè)在潮水退去后一地雞毛。芯片更多的屬于技術(shù)積累型行業(yè)，所有的產(chǎn)品和參數(shù)都需要技術(shù)員工在工作中不斷地去突破和思考，而對于這樣一群工程師來說，報酬如果不匹配勞動支出，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人才出走與流失是再自然不過的事情了。因此，產(chǎn)業(yè)的扶持不僅僅是資本對公司層面的支撐，更需要落實到一個個基層中的技術(shù)員工。

3.芯片行業(yè)起步容易，往上層走會很難。芯片做到一定程度后，不再是簡單的技術(shù)積累能解決的，一定需要對物理和數(shù)學有比較深的認知，在整個高的角度去處理基礎(chǔ)難點，而這對人才的需求地要求是非常高的。

4.市場需求端，任何一種芯片從推出到應(yīng)用，需要幾代產(chǎn)品的更迭。國內(nèi)芯片起步晚，產(chǎn)品性能和國外差距較大，因此會形成一種困局：國內(nèi)應(yīng)用端不用國內(nèi)產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品更迭跟不上會導致公司倒閉或者產(chǎn)品無法持續(xù)更新。國外芯片行業(yè)干了幾十年，技術(shù)路線上的坑和陷阱被先行者填補了很多，而芯片行業(yè)并不存在后發(fā)優(yōu)勢，之前別人留下的坑還會繼續(xù)存在哪里，甚至還需要去避免國外廠商在探索過程中申請的成千上萬的知識產(chǎn)權(quán)保護新增的坑。

5.芯片行業(yè)的國產(chǎn)化任重而道遠，我們需要在整個過程中慢慢的去探索。急功近利和空喊口號只不過給了投機分子空間可鉆。呵護芯片行業(yè)同時也要提升技術(shù)人員的福利。