FPGA 是可以先購買再設計的“萬能”芯片。FPGA （Field Programmable Gate Array）現場可編程門陣列，是在硅片上預先設計實現的具有可編程特性的集成電路，它能夠按照設計人員的需求配置為指定的電路結構，讓客戶不必依賴由芯片制造商設計和制造的 ASIC 芯片。廣泛應用在原型驗證、通信、汽車電子、工業控制、航空航天、數據中心等領域。

Altera LUT4 架構

FPGA 硬件三大指標：制程、門級數及 SERDES 速率，配套 EDA 軟件工具同樣重要。比較 FPGA 產品可以從技術指標入手。從 FPGA 內部結構來看，主要包括：可編程輸入/輸出單元（I/O）、可編程邏輯塊（LC）、 完整的時鐘管理（CMT）、嵌入塊式 RAM（BRAM）、布線資源、內嵌的底層功能單元和專用硬件模塊等。

根據賽靈思披露的數據，一個 LUT6 等效 1.6 個 LC，一個 LC 對應幾十到上百“門”，1000 萬門約等于 10 萬 LC，即 100K CLB 級別 FPGA。與 ASIC 不同的是，客戶在選購 FPGA 產品不僅考慮硬件參數，配套 EDA 軟件的性能也同樣重要。目前國內廠商高端產品在硬件性能指標上均與賽靈思高端產品有較大差距。

相對于ASIC，FPGA具有3點優勢：

1、可編輯，更靈活

2、產品上市時間短，節省了 ASIC 流片周期

3、避免一次性工程費用，用量較小時具有成本優勢。

1）靈活性：通過對 FPGA 編程，FPGA 能夠執行 ASIC 能夠執行的任何邏輯功能。FPGA 的獨特優勢在于其靈活性，即隨時可以改變芯片功能，在技術還未成熟的階段，這種特性能夠降低產品的成本與風險，在 5G 初期這種特性尤為重要。

2）上市時間：由于 FPGA 買來編程后既可直接使用，FPGA 方案無需等待三個月至一年的芯片流片周期，為企業爭取了產品上市時間。

3）成本：FPGA 與 ASIC 主要區別在 ASIC 方案有固定成本而 FPGA 方案幾乎沒有，在使用量小的時候，FPGA 方案由于無需支付一次性百萬美元的流片成本，同時也不用承擔流片失敗風險，FPGA 方案的成本低于 ASIC，隨著使用量的增加，FPGA 方案在成本上的優勢逐漸縮小，超過某一使用量后，ASIC 方案由于大量流片產生了規模經濟，在成本上更有優勢。

FPGA 方案和 ASIC 方案成本比較

4）技術趨勢：制程迭代驅動 33 年發展，平臺型產品是未來。
1985 年賽靈思發明 FPGA 以來，其容量提高了一萬倍以上，速度提高了一百倍以上，價格和能耗縮小了一千倍以上。受到先進制程迭代的推動，FPGA 的架構不斷更新。1985 年，Xilinx 公司推出了全球第一款 FPGA 產品 XC2064，采用 2μm 工藝，包含 64 個邏輯模塊和 85,000 個晶體管，門數量不超過 1000 個。對比 2016 年賽靈思發布的 VIRTEX UltraScale，16nm 制程，系統邏輯單元最高達378 萬個。FPGA 制程迭代在提高算力的同時降低了功耗，減小了芯片面積，推動了 FPGA 的性能提升。

未來，在技術趨勢上，制程迭代+平臺產品將是未來產品發展方向。我們仍然看好先進制程帶給 FPGA 的性能提升，同時新的產品形態（平臺型產品）的出現讓FPGA 性能有了進一步提升的可能。

Xilinx 和 Intel 相繼發布 ACAP 和 Agilex 平臺型產品，根據 Xilinx 披露的數據，新的平臺型產品速度超過當前最高速的 FPGA 20倍、比目前最快的 CPU 快 100 倍，該平臺面向數據中心、有線網絡、5G 無線和汽車駕駛輔助應用。產品進展方面，2019 年 6 月 19 日 Versal AI Core 及 Versal Prime系列組件小規模出貨，量產時間預計在 2019 下半年。

技術、專利、人才壁壘高，國產替代迎難而上
FPGA是一個技術壁壘高的行業，有人認為FPGA公司就是半個 IC 設計公司+半個軟件公司，硬件結構復雜且良率低，軟硬協同再提研發難度。FPGA 企業的硬件開發部分屬于典型的 IC 設計企業，與一般 IC設計企業不同的是，由于 FPGA 硬件需要配套 EDA 軟件一起使用，FPGA 公司通常需要自行研發適配自家硬件的 EDA 軟件，因此也算半個 EDA 軟件公司。由于FPGA 版圖及布線復雜，硬件設計難度較大，加之軟件和硬件協同開發，系統工程的難度再升級。

核心專利被頭部公司壟斷，國產廠商披荊斬棘艱難前行，專利有效期結束或帶來轉機。在專利上國外廠商目前占據絕對優勢，Xilinx 和 Altera （Intel）在 FPGA 領域的專利數近 10,000 個，而國產廠商如紫光同創專利數僅約 200 項，相差懸殊。未來隨著部分專利的有效期結束，及國產廠商在新專利上的突破，專利上的壟斷格局或迎來轉機。

半導體產業鏈國產化程度低，硬件自主可控進程難以阻擋，國產當自強。產業鏈角度來看，硬件產業鏈中目前自主可控程度較低，尤其在高端半導體設備和材料領域，未來產業鏈上下游國產替代進程的推進也將助力國產 FPGA 加速發展。

硬件部分上游：EDA+IP。硬件開發用的EDA仍是Cadence、Synopsys及 MentorGraphics，IP來源包括外部授權和內部開發。

硬件部分下游：代工廠+封測。其中代工廠國內廠商主要與臺積電及中芯國際合作，封測主要和日月光等合作。

FPGA 硬件產業鏈


全球 63 億美元市場，Xilinx 與 Intel雙寡頭
FPGA 是集成電路大產業中的小領域，5G 和 AI 為行業增長提供確定性，國產替代疊加行業增長，國產 FPGA 市場騰飛在即。根據 WSTS 的數據，2018 年全球集成電路市場規模達到 4,688 億美元，同期全球 FPGA 市場規模約 63 億美元，僅占集成電路市場約 1.34%。市場雖小，但未來受益于 5G 基礎設施全球布局及 AI技術持續發展，FPGA 行業需求量增長具確定性。行業增長下，國產替代進程將進一步加速國產 FPGA 的增長。根據中國半導體行業協會的數據，2017 年國內FPGA 市場國產率低于 1%，隨著技術突破，國產 FPGA 騰飛在即。

全球 FPGA 市場規模持續攀升，亞太是 FPGA 主要市場，未來產業發展可期。根據 Gartner 的數據，全球 FPGA 市場規模 2019 年達到 69 億美元，2025 年達到 125億美元，未來市場增速穩中有升。亞太區占比達到 42%，是 FPGA 主要市場，中國 FPGA 市場規模約 100 億人民幣，未來隨著中國 5G 部署及 AI 技術發展，國內FPGA 規模有望進一步擴大。

審核編輯 黃宇