由點(diǎn)到面，國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)鏈的突圍之路漫漫

隨著 AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛等新興技術(shù)的發(fā)展，FPGA 憑借靈活性、可重構(gòu)性贏得了更多增量市場(chǎng)。賽靈思的營(yíng)收也一路高歌，在 2019 財(cái)年突破了 30 億美元，年度增長(zhǎng)高達(dá) 24%，而全球 FPGA 市場(chǎng)規(guī)模在 50-60 億美元，僅賽靈思一家就占據(jù)了半壁江山，加上英特爾 PSG 和 Lattice 拿走的市場(chǎng)份額，留個(gè)國(guó)產(chǎn) FPGA 的市場(chǎng)空間所剩無(wú)幾。

國(guó)內(nèi) FPGA 發(fā)展的最大障礙就是專利技術(shù)，賽靈思和英特爾兩家公司從單元架構(gòu)、IP，到互聯(lián)等核心技術(shù)設(shè)置了層層壁壘，國(guó)產(chǎn) FPGA 公司發(fā)展二十多年來(lái)，在突圍的路上走得異常艱難，到現(xiàn)在依然處于被動(dòng)創(chuàng)新、研發(fā)成本居高不下的窘?jīng)r中。根據(jù) GlobalMarketInsights 的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到 2022 年亞太區(qū)域 FPGA 市場(chǎng)將突破 40 億美元，而國(guó)外廠商會(huì)占到 99%的市場(chǎng)份額。在國(guó)產(chǎn)當(dāng)自強(qiáng)的大背景下，如何發(fā)力突圍成為國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商面臨的最大挑戰(zhàn)。

目前國(guó)內(nèi)的 FPGA 廠商主要有京微齊力、高云半導(dǎo)體、紫光同創(chuàng)、上海安路科技、AGM 幾家公司，下面我們就透過(guò)這些公司的發(fā)展來(lái)看一看國(guó)產(chǎn) FPGA 市場(chǎng)的發(fā)展歷程。

京微齊力：二次創(chuàng)業(yè)再出發(fā)

大家可能對(duì)京微齊力沒(méi)有太深刻印象，但是一定聽說(shuō)過(guò)“京微雅格”這個(gè)名字。京微雅格就是京微齊力的前身。京微雅格成立于 2005 年，為了繞過(guò)國(guó)外公司的專利壁壘，沒(méi)有做與賽靈思、Altera（現(xiàn)在的英特爾 PSG）、Lattice Pin-pin 兼容的芯片，而且采用了 SoC FPGA 的戰(zhàn)略，片上整合了 DSP、Memory、MCU 等單元的產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)京微雅格 CEO 劉明的解釋是，F(xiàn)PGA 和 MCU 不同，MCU 可以從 ARM 獲得授權(quán)，而 FPGA 所有的代碼、工具都要自己一點(diǎn)點(diǎn)去搭，國(guó)外公司對(duì)我們?cè)斐傻募夹g(shù)壁壘，這就好比高速公路設(shè)有收費(fèi)站，咱們進(jìn)不去，只好另辟蹊徑，走鄉(xiāng)間小路。

從 2012 年開始，京微雅格開始將產(chǎn)品商用化，相繼推出了“山”、“河”系列，但是面向的都是中低端市場(chǎng)。在 2016 年初，京微雅格發(fā)布了面向高端市場(chǎng)的“云”系列 CME-C1，也代表國(guó)產(chǎn) FPGA 從低端逐步邁向中高端市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)京微雅格的市場(chǎng)副總裁王海力介紹，CME-C1 在關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，可實(shí)現(xiàn)對(duì)同行競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中端 FPGA 芯片的部分替代，有效填補(bǔ)國(guó)產(chǎn) FPGA 的市場(chǎng)空白。

可惜，在 2016 年 6 月，京微雅格因?yàn)橘Y金、結(jié)構(gòu)調(diào)整的問(wèn)題走向了分裂。還是在王海力和幾名老員工的堅(jiān)持和努力之下，得到了投資方的注資，進(jìn)行二次創(chuàng)業(yè)，成立了京微齊力。除了繼續(xù)銷售原有的 FPGA 芯片，還研發(fā)面向人工智能等新興應(yīng)用的 AiPGA 芯片、異構(gòu)計(jì)算 HPA 芯片、嵌入式可編程 eFPGA IP 核，現(xiàn)在京微齊力逐步走向了正軌。

高云半導(dǎo)體：從技術(shù)到市場(chǎng)拓展，步步為營(yíng)

再看憑借技術(shù)起家的高云半導(dǎo)體，似乎比京微雅格走的順利一些。2014 年，高云半導(dǎo)體成立于佛山，后搬到廣州，核心研發(fā)人員平均從事 FPGA 軟件、硬件技術(shù)開發(fā)時(shí)間超過(guò) 15 年。其 CEO 朱璟輝畢業(yè)于清華大學(xué)，從 1996 年到 2011 年在 Lattice 負(fù)責(zé)技術(shù)研發(fā)，經(jīng)歷了 7 代 FPGA 產(chǎn)品開發(fā)，獲得了 11 項(xiàng)美國(guó)專利，5 項(xiàng)中國(guó)專利；其 SVP 宋寧曾在 Lattice、Cadence 擔(dān)任過(guò)高工，負(fù)責(zé)高云半導(dǎo)體 FPGA 全流程軟件開發(fā)，對(duì) FPGA 架構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)、軟件研發(fā)同步開發(fā)有獨(dú)到經(jīng)驗(yàn)。

在產(chǎn)品研發(fā)方面，高云半導(dǎo)體 2015 年量產(chǎn)國(guó)內(nèi)第一塊產(chǎn)業(yè)化的 55nm 工藝 400 萬(wàn)門的中密度 FPGA 芯片，并開放開發(fā)軟件下載；2016 年第一季度順利推出國(guó)內(nèi)首顆 55nm 嵌入式 Flash+SRAM 的非易失性 FPGA 芯片；2017 年小蜜蜂家族中的 GW1N-4、GW1N-1，晨熙家族 GW2A 系列 FPGA 產(chǎn)品開始批量出貨；2018 年，高云宣布研發(fā)成功了 GW3AT-100，這是國(guó)內(nèi)首款 28 納米中高密度 FPGA，由臺(tái)積電代工；2019 年，高云宣布推出安全 FPGA。

在銷售方面，今年 1 月，高云半導(dǎo)體宣布累計(jì)出貨 FPGA 器件 1000W 片；今年 3 月，高云半導(dǎo)體宣布累計(jì)出貨 1500 萬(wàn)片，客戶覆蓋工業(yè)、車載、通信、家電、消費(fèi)及 IoT 等領(lǐng)域，已有 70 余家客戶實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，應(yīng)用于 300 個(gè)項(xiàng)目中。今年，高云半導(dǎo)體又相繼簽訂了美國(guó)、英國(guó)、日本、俄羅斯等海外市場(chǎng)的代理商，向海外進(jìn)軍。

從產(chǎn)品研發(fā)到市場(chǎng)開拓，從國(guó)內(nèi)到國(guó)際市場(chǎng)，從低密度產(chǎn)品到高密度產(chǎn)品，高云半導(dǎo)體從主攻技術(shù)移步到主攻市場(chǎng)，在 FPGA 市場(chǎng)的發(fā)展可謂步步為營(yíng)。

紫光同創(chuàng)：高中低端全面布局

紫光同創(chuàng)是紫光集團(tuán)旗下的子公司，成立于 2013 年，注冊(cè)資金達(dá) 3 億元、總投資達(dá)到 10 億元，主要產(chǎn)品是可編程邏輯器件，擁有 Titan、Logos 和 Compact 共 3 個(gè)系列產(chǎn)品。其中 Titan PGT30G 已量產(chǎn)，采用了完全自主產(chǎn)權(quán)的體系結(jié)構(gòu)和主流先進(jìn)制造工藝，帶有 DDR3 和 PCIe 接口，可以達(dá)到千萬(wàn)門級(jí)，制程工藝采用了中國(guó)臺(tái)灣聯(lián)華 UMC 的 40nm 制程。

紫光同創(chuàng)的 Titan 系列高性能 FPGA PGT180H 擁有 2000 多萬(wàn)門規(guī)模、6.25Gbps 高速串行接口 Serdes，可滿足部分通信設(shè)備應(yīng)用需求，目前已在中興通訊、烽火通信、華三通信等公司實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)應(yīng)用。除了中大規(guī)模 FPGA 器件外，紫光同創(chuàng)還陸續(xù)推出了 CPLD 和小規(guī)模 FPGA 器件，在大、中、小規(guī)模產(chǎn)品領(lǐng)域全線出擊，不斷完善產(chǎn)品線。

今年 8 月，紫光國(guó)微擬對(duì)全資子公司茂業(yè)創(chuàng)芯增資 1 億元人民幣，以助力茂業(yè)創(chuàng)芯對(duì)參股子公司深圳市紫光同創(chuàng)增資事項(xiàng)順利實(shí)施，紫光同創(chuàng)本次融資的重點(diǎn)發(fā)展方向是加速和保障 28nm 新產(chǎn)品研發(fā)，紫光同創(chuàng) 28nm 產(chǎn)品為 Logos-2 系列高性價(jià)比 FPGA，產(chǎn)品規(guī)模覆蓋 15K～330K 邏輯單元 LE，最大規(guī)模高達(dá) 3000 多萬(wàn)門，共有近 10 款產(chǎn)品，帶有 6.6Gbps/12.5Gbps serdes、DDR3、LVDS 和 MIPI 等高速接口，Logos-2 系列 FPGA 定位于通信協(xié)處理、人工智能終端、工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)、高速視頻流媒體處理等中高端市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)。

顯然，紫光同創(chuàng)的戰(zhàn)略方向不僅是布局中低端市場(chǎng)，高端應(yīng)用也要覆蓋，尤其是在中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展人工智能、自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展迅速，需要高端 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)加速處理。

上海安路科技：打造芯片、軟件、平臺(tái)一體化系統(tǒng)

上海安路科技成立于 2011 年，先后獲得中信資本、杭州士蘭微集團(tuán)、深圳創(chuàng)維集團(tuán)、中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)華大半導(dǎo)體有限公司和上?？萍紕?chuàng)業(yè)投資有限公司戰(zhàn)略投資。主要產(chǎn)品包括高性價(jià)比的可編程邏輯器件（FPGA）、可編程系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）、定制化可編程芯片、及相關(guān)軟件設(shè)計(jì)工具和創(chuàng)新系統(tǒng)解決方案。

在產(chǎn)品上，上海安路科技布局了三個(gè)系列：高端 PHOENIX（鳳凰）、中端 EAGLE（獵鷹）、低端 ELF（精靈）。產(chǎn)品在核心架構(gòu)、軟件算法和系統(tǒng)集成等方面擁有多項(xiàng)技術(shù)專利。其中，2016 年首創(chuàng)推出的 FPGA+DRAM SIP 封裝產(chǎn)品，受到 LED 顯示客戶歡迎，目前在 LED 顯示控制行業(yè)起著引領(lǐng)作用。先進(jìn)工藝 FPGA 器件的研發(fā)是各家 FPGA 公司實(shí)力的體現(xiàn)，安路科技也研發(fā)了采用 28nm 工藝的高性能大容量 FPGA 產(chǎn)品 Phoenix 系列產(chǎn)品 PH5-100K 將于 2019 年底推出樣片。

在軟件平臺(tái)上，上海安路科技開發(fā)的全流程 TD 軟件系統(tǒng)和硬件芯片完美地結(jié)合在一起，提供了用戶從前端綜合到位流生成的完全開發(fā)平臺(tái)。公司在核心架構(gòu)、軟件算法和系統(tǒng)集成方面擁有多項(xiàng)技術(shù)專利。在產(chǎn)品創(chuàng)新和市場(chǎng)創(chuàng)新中，上海安路科技積累了大量的專利和 IP，保障了自身和客戶的合法權(quán)益，繞開了國(guó)外企業(yè)的專利壁壘。

AGM：從編譯軟件滲透到FPGA產(chǎn)業(yè)鏈

上海遨格芯微電子(AGM)成立于 2012 年，由來(lái)自美國(guó)硅谷的知名可編程邏輯芯片企業(yè)的團(tuán)隊(duì)和國(guó)內(nèi)資深工程團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦。與國(guó)內(nèi)其它 FPGA 公司的發(fā)展歷程不同，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。

2014 年，智能手機(jī)正在起飛，AGM 抓住時(shí)機(jī)推出了用于智能手機(jī)和 loT 的 FPGA 芯片，并且通過(guò)了三星嚴(yán)格的供應(yīng)商測(cè)試認(rèn)證，成為三星 Galaxy 手機(jī)里除 Lattice 之外的唯一備選 FPGA 器件，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi) FPGA 公司出口零的突破。Intel 收購(gòu) Altera 后，Intel 對(duì)于中低端市場(chǎng)的忽視使 AGM 贏得了千載難逢的發(fā)展機(jī)遇，AGM 加快蠶食 Altera 在中低端的 FPGA 市場(chǎng)份額，到 2016 年，AGM 已經(jīng)在如 LED 多彩控制、點(diǎn)鈔機(jī)等垂直市場(chǎng)搶占了部分市場(chǎng)份額。

通過(guò)對(duì) FPGA 芯片的快速迭代開發(fā)，AGM 得以進(jìn)入整個(gè) FPGA 生態(tài)圈，用微弱的力量在國(guó)際巨頭幾乎壟斷的 FPGA 生態(tài)圈里鍥入一個(gè)釘子，隨著 IP 庫(kù)的積累和軟件工具的成熟，利用大企業(yè)打瞌睡的時(shí)間悄悄地?cái)U(kuò)大了地盤。FPGA 的市場(chǎng)難點(diǎn)在于沒(méi)有有效的商業(yè)模式可以迅速并低成本地?cái)U(kuò)大和接觸長(zhǎng)尾市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn) FPGA 起步的商業(yè)模式關(guān)鍵則轉(zhuǎn)為如何迅速切入現(xiàn)存長(zhǎng)尾市場(chǎng)中的高量細(xì)分。

公司目前已實(shí)現(xiàn) 55nm、40nm 工藝中密度 FPGA 的量產(chǎn)，并針對(duì)性推出了內(nèi)嵌 Flash、SDRAM 等集成化方案產(chǎn)品，截至 2018 年已批量發(fā)貨 2KK 片。通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的設(shè)計(jì)，360 度圍繞客戶的技術(shù)支持及服務(wù)，以及貫穿全流程的高標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試管理，為更多的行業(yè)合作伙伴提供最符合需求的高性價(jià)比 FPGA 整體解決方案。

國(guó)產(chǎn)FPGA廠商如何突圍？

據(jù) MRFR 統(tǒng)計(jì) 2018 年全球 FPGA 市場(chǎng)規(guī)模為 60 億美元左右,隨著 AI+5G 的應(yīng)用逐步展開, FPGA 市場(chǎng)規(guī)模有望在 2025 年達(dá)到 125 億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為 10.22%。其中在亞太地區(qū),尤其是在中國(guó),隨著新興基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)用的鋪開,FPGA 的復(fù)合增長(zhǎng)率有望高于其它地區(qū),成為重要的增量市場(chǎng)。

相對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的近 1700 家 IC 設(shè)計(jì)企業(yè)，國(guó)內(nèi) FPGA 廠家少得可憐，其實(shí)并不是 FPGA 產(chǎn)品利潤(rùn)微薄，而是技術(shù)障礙不可逾越。FPGA 產(chǎn)業(yè)要想成功需要搭建完整的生態(tài)系統(tǒng)，F(xiàn)PGA 芯片、EDA 工具、IP 庫(kù)等缺一不可。只有建設(shè)完善的生態(tài)系統(tǒng)，才能給用戶提供更全面的設(shè)計(jì)資源，從而突出系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，迅速適應(yīng)各種市場(chǎng)應(yīng)用變化。

從投資的角度來(lái)看，F(xiàn)PGA 產(chǎn)品投資周期很長(zhǎng)，一代產(chǎn)品從投入研發(fā)到產(chǎn)品量產(chǎn)大約需要七年。一般跨入新行業(yè)要做到第三代產(chǎn)品以后才能趕上行業(yè)正常水準(zhǔn)，按照兩年一代計(jì)算，總的投資周期超過(guò) 10 年，創(chuàng)投公司很難等如此長(zhǎng)時(shí)間而不求任何回報(bào)。

雖然國(guó)產(chǎn) FPGA 市場(chǎng)重重受阻，但是在政策的大力推進(jìn)下，新的 FPGA 公司相繼涌現(xiàn)，從京微雅格、紫光國(guó)芯，到高云半導(dǎo)體、安路科技、AGM，在研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了原始技術(shù)積累，并推出了高性價(jià)比的 FPGA 產(chǎn)品和高性能的 FPGA 產(chǎn)品。雖然國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商和賽靈思、英特爾的差距還很大，但是能夠看到這些國(guó)產(chǎn) FPGA 公司的決心。

中國(guó)大力發(fā)展 FPGA 是大勢(shì)所趨，國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商在打造中低端產(chǎn)品的同時(shí)也要研發(fā)高端產(chǎn)品，打造高、中、低端完整的產(chǎn)品線，全方位滿足國(guó)內(nèi) FPGA 應(yīng)用端的需求。從目前的現(xiàn)狀看，國(guó)內(nèi) FPGA 廠商芯片、軟件非常分散，用戶每采用一款新的 FPGA 都需要學(xué)習(xí)不同的系統(tǒng)平臺(tái)，這不僅會(huì)加重客戶的負(fù)擔(dān)，而且會(huì)浪費(fèi)整體資源，F(xiàn)GPA 廠商不僅要努力追趕國(guó)外巨頭，同時(shí)要面對(duì)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)壓力，不利于國(guó)內(nèi) FPGA 產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

關(guān)于 FPGA 芯片設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi) FPGA 產(chǎn)業(yè)鏈也要“集中精力辦大事”，設(shè)計(jì)芯片的公司不宜過(guò)多，否則會(huì)造成資源浪費(fèi)。只有更多設(shè)計(jì)公司圍繞國(guó)產(chǎn) FPGA 芯片展開應(yīng)用，才能讓國(guó)產(chǎn) FPGA 產(chǎn)品有機(jī)會(huì)進(jìn)行迭代，實(shí)現(xiàn)性能升級(jí)，縮小與國(guó)際巨頭的差距。

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