全球范圍內(nèi) FPGA 產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展可分為兩個(gè)階段。

（1）第一階段是 20世紀(jì) 80 年代開始的創(chuàng)業(yè)潮與行業(yè)壟斷化。Lattice、Altera、Xilinx 和 Actel 在1983~1985 年陸續(xù)成立，并迅速成長(zhǎng)為 FPGA 行業(yè)四大龍頭；2010 年后 Xilinx和 Altera 已經(jīng)占據(jù) 80%以上的市場(chǎng)份額，剩余份額則大部分被 Lattice 和 Actel瓜分。

（2）第二階段是從 2010 年開始、以大型并購(gòu)案為特點(diǎn)的行業(yè)洗牌。隨著半導(dǎo)體行業(yè)對(duì) FPGA 的重視加大，Microchip、Intel 和 AMD 等半導(dǎo)體龍頭紛紛下場(chǎng)收購(gòu)與整合 FPGA 業(yè)務(wù)，尤其是 Xilinx 和 Altera 分別與母公司 AMD 和 Intel 形成 CPU+FPGA 的集合優(yōu)勢(shì)，戰(zhàn)略部署數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。中國(guó) FPGA 產(chǎn)業(yè)起步和發(fā)展較晚。復(fù)旦微電子自 2004 年開始進(jìn)行 FPGA 研發(fā)，布局相對(duì)較早，安路科技和紫光同創(chuàng)也于 2011 和 2013 年相繼成立。

國(guó)際龍頭廠商產(chǎn)品矩陣完整性高，覆蓋面廣。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已形成全面覆蓋從數(shù)十 K 至數(shù)千 K 個(gè)邏輯單元量級(jí)、從低端到高端的全系列產(chǎn)品線，已可對(duì)工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領(lǐng)域形成全面覆蓋。

AMD（Xilinx）FPGA相關(guān)產(chǎn)品矩陣主要包括：四大 FPGA產(chǎn)品系列（VIRTEX、KINTEX、ARTIX、SPARTAN），以及集成度更高的兩大自適應(yīng) SoC（Adaptive SoC）系列（ZYNQ、VERSAL）。

（1）從芯片制程來(lái)看，主要有 UltraScale+（16nm）、UltraScale（20nm）、7 系列（28nm）和 6 系列（45nm）四大類，VERSAL 則是整體升級(jí)為 7nm 制程。

（2）從芯片架構(gòu)來(lái)看，F(xiàn)PGA 單芯片向更先進(jìn)工藝、更高速電路結(jié)構(gòu)、復(fù)雜異構(gòu) SoC 系統(tǒng)發(fā)展，AMD（Xilinx）的 VERSAL 系列產(chǎn)品中集成了 PCIe、Ethernet 通信協(xié)議以及 AI 引擎、NoC 架構(gòu)等。

（3）從產(chǎn)品價(jià)格來(lái)看，隨著產(chǎn)品定位從低端走向高端，F(xiàn)PGA 容量等指標(biāo)不斷提升，通信架構(gòu)逐漸升級(jí)，對(duì)應(yīng)開發(fā)板的價(jià)格也從數(shù)百美元逐步增加到一萬(wàn)多美元。

（4）從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，數(shù)據(jù)中心等高端應(yīng)用所適用的 FPGA 芯片大多為高端 FPGA 產(chǎn)品線，僅有少部分中高端 FPGA 也能夠滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)加速需求。

觀點(diǎn)#1：在高端 FPGA 硬件水平上，國(guó)產(chǎn)廠商與國(guó)際龍頭尚存在較大差距

首先在制造工藝方面，AMD（Xilinx）Versal 系列已經(jīng)進(jìn)入 7nm 制程工藝，Intel（Altera）與之對(duì)標(biāo)的 Agilex 系列也已采用 Intel 7 制程工藝。國(guó)產(chǎn)廠商目前尚處于 28nm 的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，且在 28nm 產(chǎn)品的推出節(jié)點(diǎn)上落后于兩大國(guó)際龍頭近十年。作為 FPGA 芯片性能的基礎(chǔ)性指標(biāo)，芯片制程仍然是國(guó)產(chǎn)替代突圍的關(guān)鍵。

其次是硬件架構(gòu)方面，國(guó)際龍頭已經(jīng)開始在高端產(chǎn)品中使用先進(jìn)的 NoC 片上通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及兼顧內(nèi)存容量與帶寬的 HBM 存儲(chǔ)架構(gòu)，AMD（Xilinx）更是開創(chuàng) ACAP 的新型異構(gòu)模式，因此架構(gòu)創(chuàng)新與升級(jí)也是國(guó)產(chǎn)廠商未來(lái)發(fā)展需要攻克的難關(guān)。

在應(yīng)用領(lǐng)域方面，行業(yè)龍頭企業(yè) AMD（Xilinx）、Intel（Altera）的產(chǎn)品已可對(duì)工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領(lǐng)域形成全面覆蓋，國(guó)產(chǎn)廠商現(xiàn)階段的產(chǎn)品線尚有不足。與硬件水平的問(wèn)題殊途同歸，國(guó)產(chǎn) FPGA 首先需要突破先進(jìn)的硬件技術(shù)，才能夠在高端應(yīng)用領(lǐng)域占有一席之地，而目前國(guó)產(chǎn) FPGA 尚處于中低端市場(chǎng)，自主可控道阻且長(zhǎng)。

AMD、Intel 雙寡頭主導(dǎo)市場(chǎng)，中端市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇顯現(xiàn)。全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局穩(wěn)定，國(guó)際龍頭占據(jù)絕對(duì)市場(chǎng)份額。根據(jù) Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，2019 年全球前四大 FPGA 廠商合計(jì)占據(jù) 94.4%的市場(chǎng)份額，其中，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）分別占據(jù) 51.7%、33.7%的絕對(duì)份額，具有難以撼動(dòng)的市場(chǎng)地位。

中國(guó)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局主要呈現(xiàn)兩大特點(diǎn)：（1）國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商開始崛起。近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)漸漸進(jìn)入 FPGA 市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商已占有一席之地。

測(cè)算，主要國(guó)產(chǎn) FPGA 設(shè)計(jì)公司合計(jì)營(yíng)業(yè)收入自 2018 年的 2 億元增長(zhǎng)至2022 年的 33 億元，2022 年全球市占率已超過(guò) 5%（按本文 2.3 測(cè)算口徑），國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程大步推進(jìn)。（2）國(guó)際龍頭廠商在中國(guó)市場(chǎng)的占有率略低于全球市場(chǎng)（出貨量口徑）。

2019 年，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）在中國(guó)市場(chǎng)的份額為 36.6%/25.3%（出貨量口徑），低于其在全球市場(chǎng) 51.7%/33.7%的份額。

從需求側(cè)看：中國(guó) FPGA 市場(chǎng)目前以容量<500K、制程在 28-90nm 的產(chǎn)品為主，中低端市場(chǎng)空間更為廣闊。根據(jù) Frost&Sullivan 數(shù)據(jù)，（1）按邏輯單元拆分，目前 100K 以下邏輯單元的 FPGA 芯片仍是市場(chǎng)需求量最大的部分，其次為100K-500K 邏輯單元部分。500K 以下邏輯單元的 FPGA 芯片合計(jì)占有 69.9%的市場(chǎng)份額（2019 年中國(guó)市場(chǎng)，銷售額口徑）。

（2）按制程拆分，目前 28nm-90nm制程區(qū)間內(nèi)的 FPGA 芯片由于其較高的性價(jià)比與較高的良品率依然占據(jù)了市場(chǎng)中63.3%的份額（2019 年中國(guó)市場(chǎng)，銷售額口徑）。此外，由于先進(jìn)制程產(chǎn)品具有更低功耗與面積和更高的性能，28nm 以下制程的 FPGA 芯片預(yù)計(jì)將快速發(fā)展。

從供給側(cè)看：國(guó)際龍頭對(duì)中端 FPGA 投入放緩，中端市場(chǎng)迎來(lái)機(jī)遇。2022年 9 月，AMD 宣布 Xilinx 7 系列產(chǎn)品的生命周期將至少延長(zhǎng)至 2035 年，這意味著在中端 FPGA 領(lǐng)域，AMD 的戰(zhàn)略是維持舊有市場(chǎng)，而非增加投入。這為原本在低端市場(chǎng)發(fā)展的 FPGA 廠商帶來(lái)機(jī)遇。

觀點(diǎn)#2：國(guó)產(chǎn)廠商滲透率不斷提升，中低端市場(chǎng)帶來(lái)國(guó)產(chǎn)替代強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力

從市場(chǎng)層面看：FPGA 供需兩側(cè)為國(guó)產(chǎn)替代營(yíng)造有利格局，國(guó)產(chǎn)化已初顯成效。國(guó)內(nèi) FPGA 市場(chǎng)對(duì)中低端產(chǎn)品需求旺盛，國(guó)產(chǎn) FPGA 可觸達(dá)市場(chǎng)空間依然廣闊。FPGA龍頭廠商被CPU龍頭收購(gòu)，未來(lái)戰(zhàn)略向母公司數(shù)據(jù)中心相關(guān)業(yè)務(wù)傾斜，國(guó)產(chǎn) FPGA 獲得進(jìn)入中端市場(chǎng)的機(jī)遇和空間。從公司層面看：

（1）國(guó)產(chǎn) FPGA 已形成 28nm 產(chǎn)品系列，進(jìn)軍更先進(jìn)制程。復(fù)旦微于 2018 年率先推出 28nm 億門級(jí) FPGA，安路科技與紫光同創(chuàng)于 2020 年先后來(lái)到 28nm 節(jié)點(diǎn)。各公司在更先進(jìn)制程均已進(jìn)行多年研發(fā)與積累，劍指國(guó)產(chǎn)FPGA 尚未觸及的高端市場(chǎng)。

（2）新興領(lǐng)域積極布局，尋求更大市場(chǎng)空間。安路科技積極開拓汽車電子、數(shù)據(jù)中心、運(yùn)算加速等新興市場(chǎng)，復(fù)旦微新一代配置有APU、GPU、VPU、eFPGA、AI 引擎的異構(gòu)智能 PSoC 產(chǎn)品——FPAI 也成功發(fā)布，紫光同創(chuàng)第二代面向人工智能、機(jī)器視覺等領(lǐng)域的 SoPC 已經(jīng)啟動(dòng)研發(fā)。FPGA行業(yè)廣闊的市場(chǎng)空間仍將持續(xù)驅(qū)動(dòng)國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商加速成長(zhǎng)。

在于小型 FPGA 產(chǎn)品的市場(chǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)，在工業(yè)控制、LED 等行業(yè)出貨量較大。復(fù)旦微 FPGA 產(chǎn)品主要應(yīng)用于高可靠等特定領(lǐng)域，毛利率水平普遍較高。紫光同創(chuàng)背靠紫光集團(tuán)，與長(zhǎng)江存儲(chǔ)、紫光展銳、新華三等同屬一系，在 5G 通信行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了布局，擁有較強(qiáng)的融資能力和市場(chǎng)運(yùn)作能力。

通過(guò)將產(chǎn)品線與營(yíng)收體量對(duì)比來(lái)看，先進(jìn)制程對(duì) FPGA 廠商營(yíng)收帶動(dòng)明顯。復(fù)旦微進(jìn)入市場(chǎng)較早，2018 年其 FPGA 營(yíng)收顯著高于安路科技、紫光同創(chuàng)。隨著2020 年安路科技與紫光同創(chuàng)相繼推出 28nm 新制程產(chǎn)品，營(yíng)收體量快速成長(zhǎng)，2019-2022 年?duì)I收 CAGR 分別達(dá)到 104%、145%，略快于復(fù)旦微 71%的 CAGR增速。

海外 FPGA 廠商已建立成熟的 EDA 軟件生態(tài)環(huán)境。AMD（Xilinx）研發(fā)的Vitis、Vivado 以及 Vitis AI 設(shè)計(jì)工具可以幫助 AI 科學(xué)家、應(yīng)用與算法工程師、嵌入式軟件開發(fā)人員以及傳統(tǒng)硬件開發(fā)人員等所有類型的開發(fā)人員使用 AMD 自適應(yīng)計(jì)算解決方案。Intel（Altera）Quartus Prime 軟件包含從設(shè)計(jì)輸入和合成到優(yōu)化、驗(yàn)證和模擬的所有步驟，另有 Questa 等多款其他軟件，覆蓋 FPGA、CPLD和 SoC FPGA 的完整開發(fā)工具。Lattice 也具有 Diamond、Radiant、Propel 等設(shè)計(jì)工具，提供專為 Lattice 器件而優(yōu)化的設(shè)計(jì)流程。

國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商亦不落下風(fēng)，研發(fā)投入占比較大。紫光同創(chuàng) Pango DesignSuite 軟件開發(fā)工具是一款擁有國(guó)產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模 FPGA 開發(fā)軟件，可以支持千萬(wàn)門級(jí) FPGA 器件的設(shè)計(jì)開發(fā)。復(fù)旦微也已具備全流程自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)FPGA 配套 EDA 工具 ProciseTM。安路科技 TangDynasty、FutureDynasty 是其自主開發(fā)的 FPGA、FPSoC 集成開發(fā)環(huán)境，其中 FutureDynasty 可以實(shí)現(xiàn) RISC-V工程的編譯與調(diào)試，根據(jù)其招股書披露數(shù)據(jù)，2018-2021H1，F(xiàn)PGA 及 FPSoC軟件研發(fā)相關(guān)投入分別占總研發(fā)投入的 25%/30%/26%/19%，軟件工具的研發(fā)亦成為 FPGA 公司研發(fā)投入的重要組成部分。

編輯：黃飛

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