不怕EDA被卡脖子，国产高端FPGA突破“技术铁幕”

比拟几十亿出货量，市场范围千亿美元的CPU和GPU，市场范围还未超百亿美元的FPGA并非大年夜众存眷的核心。

不过，在晋升国产芯片自立化率的大年夜背景下，与CPU、GPU、DSP共称为国产芯片“四大年夜件”的FPGA对于真正实现芯片国产自立有着基本性感化，已经有中国FPGA公司在设计环节打破了对国外公司的依附，直接介入FPGA的全球竞争。

FPGA的独特点，让国产FPGA已经在中低端市场可以不被EDA卡脖子。将来五年，国产FPGA在高端市场有望深度冲破。当然，软硬件技巧挑衅以及全球FPGA市场格局的变更都是国产FPGA实现高端和极高端市场冲破的挑衅。

FPGA更轻易实现国产替代

CPU、GPU、DSP、FPGA这四大年夜类计算芯片中，FPGA更轻易实现完全自立可控。这是因为，CPU、GPU、DSP可以归类为ASIC芯片（专用集成电路），全球范围内想要设计这三类芯片的公司难以摆脱EDA（电子设计主动化对象）三巨擘和美英IP公司的依附。

与此不合，FPGA设计流程顶用到EDA和IP须要芯片厂商向客户供给，以适应客户的请求。全球几家市占率较高的几家FPGA公司都是向客户供给自家的EDA对象。这就意味着，FPGA的设计更轻易摆脱国外EDA和IP公司的限制。

高云半导体总裁宋宁对雷锋网表示：“今朝，高云是在国产化过程中有实力供给自立研发的自力完全FPGA应用设计体系（IC、IP、EDA融汇结合）的公司，打破并打通了FPGA设计中的关键依附环节，直接介入FPGA范畴的全球竞争 。”

宋宁曾在莱迪斯、Cadence任职，有多年FPGA范畴的丰富经验，他进一步表示：“国产化替代实现了FPGA应用范畴设计流程中EDA和IP环节的周全自立技巧产权化，等于建立起一套完全的国产自立的小型化集成电路芯片工业设计体系，为最终周全实现国产集成电路芯片工业（ASIC类的CPU， GPU， DSP等）的自立技巧产权化奠定基本。这就是FPGA实现国产自立更为明显的价值表现。”

今朝，国产FPGA芯片已经广泛应用于花费电子范畴，但主打中低端产品。FPGA芯片的重要机能指标之一是查找表（Look-Up-Table，LUT），LUT数量的若干与FPGA的机能呈正相干关系。

国产FPGA起步于花费电子市场，主打的是低端(<10K-LUT级别)和中端 (<100K-LUT级别) 的FPGA芯片，如今正快速涉及通信、汽车市场，主打产品将会从中端 (<100K-LUT级别) 推向高端(从100至500K-LUT级别) 的FPGA芯片。

迈向高端的过程对国内FPGA公司而言并非易事。

国产FPGA迈向高端的三大年夜挑衅

全球FPGA市场比来几年产生了重要的变更。自1984年赛灵思（Xilinx）创造FPGA以来，经由多年的整合兼并，FPGA市场出现了赛灵思和Altera等分秋色，Lattice和Actel（2010年被MicroSemi收购）阴郁抢占市场份额的格局。

2015年，intel以167亿美元收购Altera打破了原有的FPGA市场格局。

有意思的是，客岁10月，intel的竞争敌手AMD也宣布将以350亿美元收购赛灵思，估计交易将于2021岁尾完成。两大年夜FPGA芯片公司接踵被收购是AI、5G和云计算的技巧成长趋势下的行业整合，巨擘间的整合也改变着全球FPGA市场的格局。

“intel和AMD都是超等CPU公司，分别收购两大年夜FPGA公司的目标在于结合CPU的超强算力和FPGA超大年夜范围I/O接口与并行计算才能打造下一代AI技巧芯片。这必定会让本来市占率最高的两大年夜FPGA公司不得不转向专注结合高端CPU和AI的专业市场。”宋宁表示。

“就拓展市场占领率而言，两笔收购对夺通用FPGA市场的国产FPGA厂家，包含中国公司，长远来说应当是利好，因为两大年夜巨擘公司对通用FPGA市场的存眷度会减弱。”

长远利好的竞争格局下，国产FPGA向高端市场迈进的软硬件挑衅依然巨大年夜。高端(从100至500K-LUT级别) 和极高端（500K，甚至1M或nM-LUT以上）FPGA芯片，先辈工艺异常重要。

赛灵思在28nm工艺节点的代工厂从联华电子转向台积电后，开端领先于Altera。到了20nm，赛灵思进一步拉大年夜与Altera的差距。之后，Altera被intel收购后转向intel的14nm工艺，必定程度影响了其产品进展，而赛灵思则借台积电的16nm工艺进一步扩大年夜优势。

2019年时，两大年夜巨擘公司接踵宣布了全球“最大年夜”FPGA。赛灵思在8月宣布的全球最大年夜容量的FPGA基于台积电的16nm工艺，集成350亿个晶体管、900万个体系逻辑单位。三个月后，英特尔宣布推出全球容量最大年夜的FPGA，采取14nm工艺制造，集成了443亿个晶体管，在70×74毫米的封装面积内拥有1020万个逻辑单位。

国产FPGA想要在高端和极高端市场成功冲破，天然也须要先辈工艺制程的支撑，但国内晶圆代工厂与台积电、三星如许全球领先的晶圆代工厂仍有明显的差距，这给国产高端FPGA实现完全自立可控带来了挑衅。

除了制造方面的挑衅，宋宁还指出，与高端、极高端FPGA芯片相适应的FPGA EDA对象，包含传统的前端RTL-VHDL/Verilog综合对象，以及后端构造布线（Place&Rout）对象的自立研发与自立产权同样是国产高端FPGA实现突围的挑衅。

在制程和EDA对象晋升的过程中，还会涉及到专利保护的问题。

“国产FPGA替代应容身周全主导花费电子市场的目标，以及深度切入通信和汽车市场竞争的偏向，这三大年夜FPGA传统应用范畴，仍将是FPGA替代机会最大年夜的市场。”宋宁认为。

正在快速成长的5G和AI也是不容忽视的好机会。

国产FPGA在5G和AI时代的大年夜机会

根据Market Research Future（MRFR）的统计，2019年全球 FPGA 市场范围约为69亿美元。MRFR估计，在5G和AI的推动下，2025年全球FPGA市场范围有望达到125亿美元，年复合增长率为10.22%，个中亚太地区是重要的增量市场。

通信作为FPGA的重要应用市场，5G基站以及终端都对FPGA有巨大年夜的需求。雷锋网("大众,"号：雷锋网)懂得到，今朝国产FPGA在5G范畴最大年夜的机会在用户端花费电子范畴，尤其在各种各样的音、视频转换接口，以及各种各样的通信协定转换接口范畴。究其原因照样FPGA芯片可编程，多I/O的特点异常合适各类转换接口的设计。

至于AI，FPGA的机会在于与超强算力的CPU结合，在云端结合大年夜数据进行分析和猜测应用，例如人脸辨认，声纹辨认，身份辨认，行动辨认等等。“中国拥有全球最大年夜的超等数据库以及与之相接洽关系的大年夜数据类分析、猜测的应用处景，所以，国产FPGA在AI范畴机会巨大年夜。”宋宁表示。

作为国产FPGA的代表之一，高云会若何抓住5G和AI的机会冲破高端市场？

据介绍，高云半导体从一开端就致力建立自力完全FPGA应用设计体系的高度，打造自行开辟的FPGA应用设计EDA 对象，以及成体系的FPGA应用软核IP库，在市场需求的变更下，打造具备多样内嵌功能块硬核的低功耗，小型薄片化FPGA IC 产品。同时，推动高端产品的研发。

宋宁说：“高云在5G市场进行了六个方面的产品优化和构造，包含核心电压低至0.95V的低功耗化，间距只有0.4mm的封装小型化，将FPGA内核与多种存储体内核组合的多样化，将特定功能硬核接口内置FPGA的集成化，将MCU硬核内置FPGA的智能化，以及面向各类应用配备各类软核IP的灵活化。”

“FPGA类型浩瀚，功能齐备是高云产品的优势特点。这也是我们多年在产品筹划、构造的成果。”宋宁表示。

面向AI市场，高云在2020年推出了实用于AI边沿计算的产品，应用高云的FPGA SoC内嵌MCU，供给快速反响、高效处理定制化数据，性价比高的FPGA，与巨擘的超强CPU与FPGA结合的策略形成差别。

在这个过程中，国产FPGA也可以从低端的花费类音频FPGA市场，拓展到中低端工业控制、监控FPGA市场，最终迈向中高端的通信、汽车FPGA市场。

小结

多个市场研究机构猜测，2021年到2026年中国FPGA市场范围有望占到全球FPGA市场范围的一半以上，中国将成为FPGA公司的必争之地。不过，国外公司仍然主导这一市场的竞争，在国产替代的背景下，包含高云在内的国内FPGA公司第平生计级其余竞争敌手仍然是国外公司。

国产FPGA的高端替代机会与挑衅共存。宋宁估计，将来五年，国产FPGA有望在低端和中端市场市场上占主动地位，在高端市场有望深度冲破，极高端市场仍任重道远。

本文由雷锋网原创，作者：包永刚。

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