相对于出货量过亿、市场规模千亿美元的CPU、GPU，市场规模不足的FPGA100亿美元并不是公众关注的焦点。然而，在国产芯片自主率不断提高的大背景下，与CPU、GPU、DSP并称为国产芯片“四大元器件”的FPGA，对实现国产芯片的自主化具有基础性作用。芯片的依赖。中国FPGA企业已经在设计环节打破对国外企业的依赖，直接参与FPGA的全球竞争。FPGA的独特性让国产FPGA避免在低端市场被EDA卡住。未来五年，国产FPGA有望在高端市场取得深度突破。当然，软硬件的技术挑战和全球FPGA市场格局的变化，都是国产FPGA在高端和极高端市场实现突破的挑战。FPGA更容易实现四大类计算芯片中CPU、GPU、DSP、FPGA的国产替代，FPGA更容易实现完全自主可控。这是因为CPU、GPU、DSP都可以归为ASIC芯片（专用集成电路），全世界的公司都很难设计这三类芯片来摆脱对EDA三大巨头的依赖（电子设计自动化工具）以及美国和英国的知识产权公司。.与此不同的是，FPGA设计过程中使用的EDA和IP需要由芯片厂商提供给客户，以满足客户的要求。全球市场占有率较高的几家FPGA公司都为客户提供了自己的EDA工具。这意味着FPGA的设计更容易摆脱国外EDA和IP公司的限制。高云半导体总裁宋宁告诉雷锋网：“目前，高云是一家有实力提供自主研发的独立完整FPGA应用设计系统（IC、IP、EDA一体化）的公司。FPGA设计中的关键依赖环节，直接参与FPGA领域的全球竞争。宋宁曾就职于Lattice和Cadence，在FPGA领域拥有多年经验，在设计过程中EDA和IP环节的全面自主技术产权，等于建立了一套完整的国产自主小型化集成电路芯片工业设计体系，最终将全面实现国产集成电路芯片产业（ASICCPU、GPU、DSP等）的自主技术产权奠定基础，这是FPGA实现的更明显的价值体现国内独立。”目前，国产FPGA芯片已广泛应用于消费电子领域，但主要产品为中低端产品。FPGA芯片的重要性能指标之一是查找表（Look-Up-Table，LUT），查找表的数量与FPGA的性能呈正相关。国产FPGA起步于消费电子市场，主打低端（<10K-LUT级别）和中端（<100K-LUT级别）FPGA芯片。<100K-LUT级别）到高端（从100到500K-LUT级别）FPGA芯片。走向高端的过程对于国内FPGA企业来说并不是一件容易的事情。国产FPGA迈向高端的三大挑战近年来，全球FPGA市场发生了重要变化。自1984年Xilinx（赛灵思）发明FPGA以来，经过多年整合兼并，FPGA市场呈现出Xilinx和Altera平分秋色，Lattice和Actel（2010年被MicroSemi收购）暗中抢占市场份额。2015年，英特尔以167亿美元收购Altera，打破了原有的FPGA市场格局。有意思的是，去年10月，英特尔的竞争对手AMD也宣布以350亿美元收购Xilinx，交易预计2021年底完成。两家FPGA芯片大厂的接连收购，是一场行业整合下的产业整合。AI、5G、云计算等技术发展趋势，巨头之间的融合也在改变着全球FPGA市场的格局。“Intel和AMD都是超级CPU公司，收购这两家FPGA公司的目的是将CPU的超强计算能力与FPGA的超大规模I/O接口和并行计算能力结合起来，打造下一个一代AI技术芯片。这必然会让原本市占率最高的两家FPGA公司，不得不转向高端CPU与AI相结合的专业市场。”宋宁说。“在扩大市场份额方面，这两次收购从长远来看应该有利于包括中国公司在内的国内FPGA制造商在通用FPGA市场，因为两家巨头公司对通用FPGA市场的关注度将减弱”长期有利的竞争格局下，国产FPGA迈向高端市场的软硬件挑战依然巨大。对于高端（从100到500K-LUT级别）和极高端（500K，甚至1M或以上nM-LUT）FPGA芯片，先进的技术很重要。Xilinx在28nm工艺节点的代工厂从联电换成台积电后，开始领先Altera。到了20nm，Xilinx进一步拉大了与阿泰拉。之后，Altera被Intel收购，转而采用Intel的14nm工艺，一定程度上影响了其产品进度，而Xilinx则借助台积电的16nm工艺进一步扩大优势。2019年，两大巨头相继发布了全球“最大”的FPGA。赛灵思8月份发布的全球最大容量FPGA，基于台积电16nm工艺，集成了350亿个晶体管和900万个系统逻辑单元。三个月后，英特尔宣布推出全球容量最大的FPGA，采用14nm工艺制造，集成了443亿个晶体管，在70×74mm的封装面积内拥有1020万个逻辑单元。国产FPGA要想在高端和极高端市场成功突围，自然需要先进制造工艺的支持。但国内晶圆代工厂与台积电、三星等世界领先晶圆代工厂仍有明显差距。FPGA实现完全自主可控带来了挑战。除了制造方面的挑战，宋宁还指出，适用于高端和极高端FPGA芯片的FPGAEDA工具包括传统的前端RTL-VHDL/Verilog综合工具和自主研发的后端结束Place&Rout工具。自主产权也是国产高端FPGA想要突围的挑战。在改进制造工艺和EDA工具的过程中，也会涉及到专利保护的问题。“国产FPGA的更新换代，应该以全面主导消费电子市场为目标，向通信和汽车市场深入竞争方向发展，这三大传统FPGA应用领域仍将是机会最大的市场用于FPGA更换。”宋凝相信。快速发展的5G和人工智能也是不容忽视的良机。5G、AI时代国产FPGA的大机遇据MarketResearchFuture（MRFR）统计，2019年全球FPGA市场规模约为69亿美元。MRFR预测，在5G和AI的推动下，2025年全球FPGA市场规模有望达到125亿美元，复合年增长率为10.22%，其中亚太地区是重要的增量市场。通信是FPGA的重要应用市场，5G基站和终端对FPGA的需求巨大。目前国产FPGA在5G领域最大的机会在用户端消费电子领域，尤其是各种音视频转换接口、各种通信协议转换接口等领域。原因是FPGA芯片是可编程的，多I/O的特性非常适合各种转换接口的设计。AI方面，FPGA的机会在于结合超强CPU，结合云端大数据进行分析预测应用，如人脸识别、声纹识别、身份识别、行为识别等。“中国拥有全球最大的超级数据库以及与之相关的大数据分析预测应用场景，国产FPGA在AI领域有着巨大的机会。”宋凝说道。作为国产FPGA的代表之一，高云将如何抓住5G和AI的机遇，突破高端市场？据介绍，高云半导体从一开始就致力于建立独立完整的FPGA应用设计体系，打造自主研发的FPGA应用设计EDA工具，以及系统的FPGA应用软核IP库。在不断变化的市场需求下，打造低功耗、小而薄、内嵌各种功能块硬核的FPGAIC产品。同时，推进高端产品的研发。宋宁表示：“高云在5G市场进行了6个方面的产品优化和布局，包括核心电压低至0.95V的低功耗、间距仅0.4mm的封装小型化、FPGA的集成化等。内核与各种存储设备。本体内核组合的多样化，特定功能硬核接口内置FPGA的集成，MCU硬核内置FPGA的智能化，以及各种灵活性用于各种应用的软核IP。”“FPGA种类繁多、功能齐全是高云产品的优势，这也是我们多年产品规划布局的结果。”宋宁表示，面向AI市场，Gowin在2020年推出了适合AI边缘计算的产品，采用Gowin的FPGASoC内嵌MCU提供快速响应、高效处理定制化数据、高性价比的FPGA、巨头的超级CPU与FPGA集成的策略形成差异化，在这个过程中，国产FPGA也可以从低端消费类音频FPGA市场向中低端工控监控FPGA市场拓展，最终走向中高端市场。高端通信和车用FPGA市场总结多家市场研究机构预测，2021-2026年中国FPGA市场有望占全球FPGA市场的一半以上，中国将成为FPGA企业的必争之地，国外企业在这个市场的竞争中依然占据主导地位，在国产替代的大背景下，包括高云在内的国内FPGA企业的第一生存级竞争者依然是国外企业。高端替代国产FPGA机遇与挑战并存。宋宁预计，未来五年，国产FPGA有望在中低端市场占据主动，并有望在高端市场取得深度突破。极高端市场还有很长的路要走。2018年FPGA国产化率仅为4%，五年后FPGA国产化率值得期待。雷
