【2022-2023专题】FPGA进步“提气” 中高端领域不能一直“缺位”

【编者按】2022年，半导体行业依然在挑战中前行。后疫情时代、行业下行、地缘政治等因素仍深刻地影响着全球半导体产业链及生态。2023年全球半导体行业如何发展？新的挑战又会从何而来？为了厘清这些问题，集微网特推出【2022-2023专题】，围绕热门技术和产业，就产业链发展态势、热点话题及未来展望做一详实的总结及梳理，旨为在行业中奋进的上下游企业提供可以参考的镜鉴。

集微网报道（文/李映）我国在高端芯片领域的突破不只是要在CPU、GPU等领域破局，FPGA领域也是需要攻克的山头，特别是中高端领域不能一直“缺位”。

凭借广泛的灵活性和可编程性，FPGA已在诸多应用领域发挥了用武之地。特别是随着5G技术的提升、AI的推进以及汽车自动化趋势的演进，全球FPGA市场规模将稳步增长。Frost&Sullivan，预计全球 FPGA需求将从2021年 68.6 亿美元增长为2025年125.8亿美元，年均复合增长率约为16.4%。而且，中国市场增速更是快于全球。

即将过去的2022年中，国产FPGA在以往的基础上纷纷持续发力，在工艺、门数、应用等层面均取得了可圈可点的进步。如果说2022年的注解是“提气”，那么展望2023年则依然需要全面“提档”。

把握FPGA应用“商机”

对于国产FPGA厂商来说，着眼于应用实现从点到线再到面的突破已是必修课。经过多年的征伐，业已取得阶段性战果。

高云市场销售副总裁黄俊分析，通信市场历来是FPGA最大的市场，另外泛工业市场近年来的占比也在逐年提升，其中汽车电子市场也成为一个比较大的增量细分市场。国产FPGA厂商无论在通信、工业、电力、安防、汽车、医疗、LED、消费等传统应用领域，还是在自动驾驶、人工智能、AIoT等新兴领域均有突破。整体来看，通信和工业市场仍然是重要的战略方向。

紫光同创市场总监吕喆也认为，在工业控制、图像视频、通信等传统的FPGA应用领域，仍然是国产FPGA的主要机会，因为这些市场存量巨大，应用场景对FPGA的需求比较明确，不太容易被专用芯片替代。同时，也需要关注未来通信、新能源、工业互联网、计算加速等新兴趋势带来的市场机会。

相应地，新兴应用也在推动着FPGA采用更先进的工艺，同时不断地做加法，从FPGA传统的逻辑功能加入DSP、实时处理器、运算处理器以及更高带宽的外设等功能。

“着眼于应用，这就要求FPGA厂商不断提升根据客户细分市场提供更多配套方案的能力。如在工业实现机器学习，对算法、DSP、处理器集成方面则有更多的要求；如果应用于机器视觉，在接口、传感器、图像处理方面则有更多的考量；而若在汽车中发挥作用，那在可靠性、功耗方面都有不同的要求。这些细分领域也是中国FPGA市场的重要机会。”莱迪思半导体上海有限公司副总裁/中国区销售总经理王诚表示。

王诚进一步指出，虽然定制化FPGA大行其道，但仍有一些通用FPGA是回归传统市场需求的，需更高的性价比、更多的灵活性、更快的市场反应速度即time to market，这些领域仍追求FPGA的性价比。

而随着工艺的进阶以及应用的拓展，加之缺芯的余波不断，FPGA的开发与供应链风险也在放大。

英特尔数据中心与人工智能集团副总裁兼可编程解决方案事业部产品营销总经理Deepali Trehan提及，一是开发层面，由于市场不断要求创新，同时还要规避失败的风险。且人工智能和其他新技术会使工具流程复杂化，因此会增加开发时间。二是在技术需求层面，如边缘侧呈现诸多4K、8K高清晰度的视频处理需求，3D感知等对高带宽、低延时的需求，以及PCIe Gen 5等接口需求，需要FPGA全方位进阶。三是供应链的挑战，涉及先进工艺、制造和封装等。

国产FPGA进步“提气”

在一系列资本运作和并购大潮下，FPGA的格局发生了巨变，收购Altera的英特尔以及将赛灵思纳入麾下的AMD成为新的FPGA“双雄”，Lattice则依旧在中端领域闷声发财，国内如紫光同创、安路、高云、复旦微、京微齐力等厂商均在各自的优势领域持续深耕细作，呈现百家争鸣之势。

国内FPGA厂商虽然起步较晚，但随着国内外环境的变化以及国内企业不断加大研发布局与应用拓展，国产FPGA取得的成就亦有目共睹。

吕喆提到，近年来，国产FPGA发展比较快。在国内成熟工艺产品市场中，国产FPGA厂商在产品状态、软件工具成熟度和产业化规模等方面，都已经取得了一定的突破，尽管与国外巨头还存在差距，但产品品质在稳步增强，客户接受度也在提升，市场份额在进一步扩大，这些都是近年来国产FPGA业的可喜进步。

以紫光同创为例，公司已形成覆盖高、中、低端的全系列FPGA和SoPC可编程系统芯片，包括Titan、Logos、Compa和Kosmo四个产品家族，这些产品可满足大部分的市场应用需求。

黄俊也总结道，国产FPGA迎来了快速发展：从工艺上来看，基本上都已经从55nm/40nm跨越到28nm/16nm级别，芯片规模也从几十K LUTs升至500K LUTs左右。多家自研的SerDes速率也能稳定达到12.5Gbps。这些进步基本上已覆盖了中端FPGA的市场需求。

特别是在国产化趋势下，国内巨大的市场为国产FPGA带来了诸多实际应用落地的机会。黄俊提及，国产28nm/16nm FPGA产品已开始大批量出货。在国内市场，国产FPGA的占有率早已经不是个位数。而且在中低端FPGA的选型上，国产FPGA已成为优选。

可以看到，国产FPGA在中低端FPGA领域已然打开一片新天地。

要向中高端“进发”

但国产FPGA要参与国际化竞争，必然要向中高端FPGA进发。

按照国外厂商行业惯例分类，低端FPGA的逻辑单元规模在300K以内，Serdes接口速率在16Gbps以内，中端FPGA的逻辑单元规模在300K至1000K范围，Serdes接口速率为25Gbps至32Gbps，高端FPGA则逻辑规模更大、集成度更高、性能更强。国外前两家巨头AMD（Xilinx）和Intel（Altera）在中高端FPGA领域已经耕耘多年，他们一直以来都在跟随摩尔定律，在工艺、性能和功耗方面不断迭代。

而且，国外巨头除持续在高端FPGA领域把守护城河之外，也在向中低端领域伸出触角。如黄俊所言，中端FPGA的市场需求巨大，国外巨头不但没有放弃，反而加强了中端FPGA市场的布局和产品更新。

对此Deepali Trehan也提到，整体而言，高端和中端FPGA之间的区分会越来越趋向于模糊，有些高端FPGA会延伸到中端应用中，同时有些低端应用又对FPGA有较高的需求。正如几年前，AI工作负载可能是会被归于“高端”的分类，然而现在AI正在被广泛应用于边缘和嵌入市场，则更像是“中端”需求而非“高端”。可以说中端FPGA应用发生了巨变，已演进至需更高性能和更低功耗。

在内外夹击之下，吕喆提议，国产FPGA向中高端器件发力是必然选择，毕竟中高端FPGA的市场规模占比超过30%，并且相对毛利较高。

但同时也要看到，越往中高端走，与国外厂商差距越大，因为中高端FPGA的研发难度和投入非常巨大，过程并不会一帆风顺。吕喆认为，国产FPGA厂商需要在夯实低端产品市场基本盘的基础上，找到中高端产品的目标客户，做好中高端产品的规划和定义。当然，关键还需要有足够的资金支持。

对此黄俊也指出，在六七年前，在国产FPGA刚刚起步的阶段，确实各家都是以中低端市场为切入点。但是随着近年技术的积累和市场环境政策环境的利好，国产FPGA厂商都在往更高端的产品推进，并在中高端的产品领域取得了不错的成绩。

面对国外厂商也在加紧向中端渗透的态势，黄俊表示，对大部分国产FPGA厂商而言，自始至终都是与国外品牌正面竞争的，国产FPGA厂商只能无惧竞争，持续优化产品，紧密贴合国内市场多做一些技术创新，同时加强技术支持响应力度，不断提高产品品质，持续优化好供应链。

下一步“破局”

在2022年即将翻篇之际，国产FPGA也站在新的历史节点，迎来了2023年，如何持续砥砺前行？

显然，实现政策、生态以及人才的全方位”补给”才是持续提升竞争力的保障。吕喆建议，一是希望加强构建国产FPGA的应用生态链，毕竟国产FPGA起步较晚，用户基础薄弱，配套的应用IP资源缺乏。二是希望加强可编程器件创新链的建设，大力推进产学研用全链条创新能力建设和协同发展，不管是架构创新、软件工具创新还是工艺或材料创新，国产FPGA只有通过创新，才有望在全球行业立足和发展。三是希望加强培育本土FPGA研发人才，为产业发展提供人才支撑。

特别是在生态层面，众多FPGA厂商也在集结发力。据悉，紫光同创积极推进应用生态方案商合作伙伴拓展计划，与国内多所FPGA专业方案商、高校等单位建立产学研用融合合作，陆续推出多个紫光同创FPGA基础教程和高级教程的视频和书籍，其中清华大学出版社出版的《FPGA开发及应用》一书深受FPGA开发者喜爱，这些都是在为构建国产FPGA生态添砖加瓦。

对于2023年的规划，高云表示明年重点是陆续推出并优化22nm家族产品的几个新的型号产品，继续在工业和汽车市场发力，同时会重点关注通信类市场的推广，总体目标相对于2022年要实现业绩翻一番。

持续致力于为客户创造价值、助力客户实现商业成功的紫光同创也将两路并进，一方面继续完善产品的供应链，提高产品竞争力、丰富产品型号，另一方面面向创新产品加大投入，特别是多核异构可编程系统平台芯片SoPC产品方向，不断扩展应用领域。

显然，国产FPGA已走在“众行者远”的大道上。（校对/张轶群）