国产FPGA发展迎来“天时”生态系统不完善，乃当前最大难题

目前，全球FPGA市场被美国Xilinx（赛灵思）、Altera（阿尔特拉）、Lattice（莱迪思）、Microsemi(美高森美)四大巨头高度垄断，且在专利上面对后进者产生严格封锁。

国产FPGA起步较国外厂商晚30年，技术和专利基础薄弱。中兴事件爆发和中美贸易战升级，能否为本土FPGA国产化发展带来新的契机？

首先介绍下什么是FPGA？FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

基本特点

1）采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5) FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

下面重点介绍下国产FPGA的发展现状，根据权威市场调研机构Gartner数据显示，2014年全球FPGA市场总规模达到50亿美金，其中，中国的市场份额有15亿美金，中国市场占全球市场的三分之一。分析机构预计2015年至2020年全球FPGA市场的年复合增长率为9%，到2020年全球FPGA 市场规模将达84亿美金。

具体细分领域来看，在FPGA被用于深度学习之前，FPGA主要有3大应用方向：

（1）通信设备的高速接口电路设计，FPGA可以用来做高速信号处理，一般如果AD采样率高，数据速率高，这时就需要FPGA对数据进行处理，比如对数据进行抽取滤波，降低数据速率，使信号容易处理，传输，存储；

（2）数字信号处理方向/数学计算方向，包括图像处理，雷达信号处理，医学信号处理等，优势是实时性好，用面积换速度，比CPU快的多；

（3）SOPC，即利用FPGA这个平台搭建的一个嵌入式系统的底层硬件环境，然后设计者在上面进行嵌入式软件开发。

国产FPGA发展迎来“天时”

FPGA因技术门槛极高，全球市场份额主要被美国四大巨头高度垄断。据不完全统计，在全球约50亿美元的FPGA市场规模中，Xilinx和Altera占据90%，Lattice和Microsemi占据10%以内，而国产FPGA市占率不到1%。对于晚30年起步的本土FPGA厂商来说，对美国FPGA的依赖程度非常高，特别是在中高端通讯、工控、国防、大数据等领域，几乎100%都要依靠美国供应商。

可见，无论是从产业发展的角度考虑，还是从国防安全的角度考虑，中国发展自主FPGA都已迫在眉睫。而中兴事件和中美贸易战爆发，给本土FPGA自主研发与国产化替代带来了“天时”。

今年3月，美国政府一纸禁令让中兴瞬间陷入瘫痪，FPGA、基带芯片、服务器芯片、光模块等关键组件，成为扼住中兴喉咙的必杀武器。虽然该禁令目前已解除，但中兴仍处于“严密观察”期。在中美贸易战仍不断升级的当下，仍难保美方不会故技重施。

FPGA是通信市场非常关键的部件，且需求量大，一旦禁售，中国通信类企业将全部遭殃。不过，他也指出，美国巨头对中国市场的依赖程度非常高，如华为、中兴分别是Xilinx TOP 5和TOP 10的客户，禁售必定是双输的局面。

尽管是“双输”局面，但国内厂商显然更为被动，国内FPGA厂商高端技术缺乏，难在短时间内补上“通讯”这块缺口。

因FPGA产品类别繁多，要分很多个系列，每个系列又有好几十种不同的封装形式，中兴、华为等企业会根据FPGA的性能、容量、密度、封装型号的不同来做产品适配，国内厂商还难以做到产品的全规格覆盖，在实现替代方面仍困难重重。

如何应对？当务之急，一是要在硬件端加大对中高端产品的投入，让国内客户想用并敢用国产FPGA；二是国家要加大政策扶持和人才培养力度，多给国产厂商历练的时间，上下联动逐步实现突破。

生态系统不完善，乃当前最大难题

生态系统问题，是当前国内FPGA发展最大的难题。有方案开发商：“不是我们不用国产FPGA来做开发，而是国外FPGA在IP核、EDA工具、软件开发、技术支持上更加系统全面，能为我们节省开发时间和成本，这是不可规避的现实。”

国产FPGA国产化替代难度有二，一是EDA工具太弱，贡献率低，算法上没有突破，应用端难以去做开发；二是缺乏IP核，国外厂商在任何应用场景下都有可用的IP核。

当前，国产FPGA应用开发人员仍较少，生态的建立需要产业一起努力。相关人士表示，希望有关部门联动，针对电力、通讯等中高门槛的领域，多给本土厂商合作的机会，共同缩短生态建立的时间。同时，本土厂商要在细分市场找准自己的突破口，再逐渐向中高端延伸。

从细分市场入手，逐个击破

国内FPGA厂商的发展机会，在于市场需求足够大。一份来源于Global Market Insights的数据显示，预计到2022年亚太区域FPGA市场将突破40亿美元，中国市场容量约在100亿元左右，这么大的市场，国产FPGA能从中获益多少？

据不完全统计，中国FPGA有100亿元左右的市场，约15亿美金，本土FPGA占比1%不到，但在一些细分市场，中国FPGA仍有机会，诸如AI智能终端、视频显示、工控和低端通讯设备领域，国产厂商已有很大突破，不少厂商进入了disigh in模式，少数厂商还在LED显示控制、汽车ADAS、智能安防监控等领域大有斩获。

除此，新兴市场也显露出不错的发展契机，“我们希望在人工智能、大数据、云计算、物联网、边缘计算等新兴市场找到突破点，在这方面国产FPGA和国外FPGA站在同一起跑线上，国产FPGA还是有机会的。”半导体市场分析说。

综合受访者观点，以差异化设计主打细分市场，是国产FPGA发展的必经之路，且国内市场“近水楼台先得月”的本地化优势愈发明显。

不过据记者了解，在消费类市场，FPGA的生命周期比较短（2年左右），由此带来的资金流压力、工艺管理的压力不可小觑，因此国产FPGA厂商选择细分市场切入的同时要谨防这些风险的发生。

总之，中兴事件和中美贸易战升级堪称“天时”，对国产芯片自主研发和国产化替代是一大促进。目前，在应用规模上，国内几家民用FPGA厂商也已实现了每年百万级的出货量。相信在此良好势头的带动下，在政策扶持与应用端的联动支持下，FPGA国产化替代不再是一个遥远的梦想。