FPGA市场现状和未来趋势如何?

　　PGA的发展由来

　　数字集成电路的发展历史，经历了从电子管、晶体管、小规模集成电路到大规模以及超大规模集成电路等不同的阶段。发展到现在，主要有3类电子器件：存储器、处理器和逻辑器件。

　　存储器保存随机信息（电子数据表或数据库的内容）；处理器执行软件指令，以便完成各种任务（运行数据处理程序或视频游戏）；而逻辑器件可以提供特殊功能（器件之间的通信和系统必须执行的其他所有功能）。

　　逻辑器件分成两类：

　　1.固定的或定制的

　　2.可编程的或可变的

　　其中，固定的或定制的逻辑器件通常称为专用芯片（ASIC）。ASIC是为了满足特定的用途而设计的芯片，例如MP3解码芯片等。其优点是通过固化的逻辑功能和大规模的工业化生产，降低了芯片的成本，同时提高了产品的可靠性。随着集成度的提高，ASIC的物理尺寸也在不断的缩小。

　　FPGA工作原理

　　FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。

　　与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。

　　FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

　　FPGA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。

　　FPGA国内现状

　　目前中国IC厂商在FPGA这个细分领域和国外巨头的差距远远比其他领域要大。

　　FPGA技术门槛非常高，核心技术只掌握在及其少数的公司手上，而且xilinx和atlera手头握有6000多项专利，对后进者形成很高的技术壁垒，国内厂商要么和国外巨头专利交叉授权，要么花钱买专利，但当前我们并没有多少专利可以和xilinx和altera进行交叉许可，购买难度更大，这不仅仅是资金的问题。从canyon bridge收购lattice被美国否决来看，凡涉及到美国国家安全的高新技术公司，我国是不可能通过收购来获得的，lattice在行业内充其量是第二团队尚且如此，业界领先的企业我国更难获得。

　　国内FPGA的发展只能靠自主，虽然这个过程可能会很漫长，但除此之外没有更好的选择。芯片的自主设计是实现信息安全的最底层保障。这也是为什么与信息处理相关的基础芯片（手机芯片、PC处理器等）需要实现自制的原因。在目前FPGA的技术和供给几乎全部来源于美国，包括欧洲和日本等技术强国也没有掌握到核心技术。

　　对于中国而言，国家促进集成电路发展已经提升至国家战略。同时特殊的应用场景（军工、导弹、航天航空）的要求的FPGA，国外对中国是禁运的，这也从另一方面促成国内FPGA自制的契机。目前，国内生产的FPGA主要用于军工、通讯、航空航天等领域。

　　在民用领域，国内是FPGA需求最大的市场，现在Xilinx、Altera最大的客户就在中国，通讯市场华为中兴烽火包揽了全国60%以上的量。中国FPGA的发展红利在于需求市场足够大，有需求就要有相应产品来支持。这对于国内厂家就是机会，目前，同方国芯片已经和华为中兴合作，想实现一部分的国产替代。

　　最后，从技术角度来说，我们已经不像10年前基本不懂核心技术。国内半导体产业链的不断成熟完善，以及芯片设计能力的不断加强，我们自己可以自主设计和流片ARM架构的手机CPU（海思麒麟、大唐联芯），并成功实现商业化，这在10年前都不敢相信。在我们在过去积累的技术沉淀和创新能力，已经使得我们在FPGA的特定应用领域（军工、通讯）实现一定程度上的自我供给。未来也可能类似于CPU+FPGA用于云数据中心节中，这些应用领域都是信息高度敏高的地方，使用自主设计的芯片更能实现安全可控。

　　中国FPGA的机遇

　　为了满足经济发展和国防需求，打破美国的垄断，中国政府多年来投入了数百亿科研经费，通过逆向工程方式仿制美国对我禁运的FPGA产品。但由于知识产权、生产工艺和软件技术等多方面的限制，仿制品种有限，技术无法突破，难以满足国家安全的需要。随着国际形势的变化，通过走私进口禁运产品的渠道可能被切断，进口的关键芯片也可能被人为地嵌入后门通道或定时炸弹等模块，严重危及国家安全。

　　我们不得不承认国产FPGA产业与国际巨头还存在较大的差距，不论从产品性能、功能、功耗、软件、应用支撑上都有差距。甚至成本上，我们的优势也不大。

　　但是，中国拥有超过50亿元的FPGA市场。“十二五”期间，中国的可编程器件市场仍将保持年均30%以上的增长速度。中国尤其是北京等重要研究部门急需也长期需要FPGA用于国家安全和重点应用，比如航天航空、信息安全、知识产品保护等。此外，中国电子产品市场要求敏捷快速的研发周期和少量多样的产品形态，最适合FPGA应用。

　　因此，中国FPGA产业享有巨大的发展空间，机遇与挑战并存。

　　全球FPGA市场发展前景展望

　　当今，半导体市场格局已成三足鼎立之势，FPGA，ASIC和ASSP三分天下。市场统计数据表明，FPGA已经逐步侵蚀ASIC和ASSP的传统市场，并处于快速增长阶段。

　　在全球市场中，Xilinx、Altera两大公司对FPGA的技术与市场仍然占据绝对垄断地位。两家公司占有将近90%市场份额，专利达6000余项之多，而且这种垄断仍在加强。同时，美国政府对我国的FPGA产品与技术出口进行苛刻的审核和禁运，使得国家在航天、航空乃至国家安全领域都受到严重制约。因此，研发具有自主知识产权的FPGA技术与产品对打破美国企业和政府结合构成的垄断，及国家利益意义深远。

　　作为一种可编程逻辑器件，FPGA在短短二十多年中从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心。伴随半导体工艺技术的进步，FPGA器件的设计技术取得了飞跃发展及突破。通过FPGA器件的发展历程来看，今后仍将朝下以下几个方向发展：

　　·高密度、高速度、宽频带、高保密；

　　·低电压、低功耗、低成本、低价格；

　　·IP软/硬核复用、系统集成；

　　·动态可重构以及单片集群；

　　·紧密结合应用需求，多元化发展。

　　此外，集成了FPGA架构、硬核CPU子系统（ARM/MIPS/MCU）及其他硬核IP的芯片已经发展到了一个“关键点”，它将在今后数十年中得到广泛应用，为系统设计人员提供更多的选择。例如，以应用为导向，在受专利保护的FPGA平台架构上无缝集成特定功能模块，以形成具备行业竞争优势（高性价比）的独特产品。Altera、Cypress®半导体、Intel®和Xilinx®公司等供应商相继在最近一年发布或者开始发售SoCFPGA器件。

　　在FPGA领域，Xilinx和Altera长期稳坐第一第二的位置。根据最新Form-10K数据显示，其分别占有48%和41%的市场份额。其中Xilinx净销售额为23.1亿美元，净收入为6.3亿美元；Altera净销售额为19.5亿美元，净收入为7.8亿美元。这两家公司一直以来是市场和技术的领头羊，而剩余的市场份额被Lattice占据多数。

　　为了在竞争中占据主动，Xilinx与Altera新近分别宣布其下一代FPGA产品都将采用高k金属栅技术的 28nm工艺，以满足诸如云计算、移动互联网和3G应用等领域所不断增长的带宽需求。由于PLD器件采用更高技术的工艺节点制造，无疑可以降低成本、提升性能，尤其是能够改进一直以来为ASIC所诟病的功耗水平，以适应更广阔的设计应用。

　　Xilinx和Altera虽然控制世界将近90%的FPGA市场，但是他们的产品是大多以纯FPGA为主。“平台化”已成为FPGA一个发展趋势，尽管Xilinx和Altera在FPGA“平台化”方面在最近几年也有涉及，但概念和特点比较简单，没有完全形成气候。

　　权威市场调研机构Gartner 2010年初的预测数据表明，FPGA正处于一个加速增长的市场势态中。未来5年，市场平均增长幅度超过12.6%，这种增长幅度远大于ASIC和ASSP市场。同时，市场数据表明其行业平均毛利大于60%。FPGA行业需要更大的市场规模，以吸引更多的使用者。预计未来5年，随着产量增加，成本进一步降低，FPGA市场份额将会持续增大。