由点到面国产FPGA产业链的突围之路漫漫

至芯陈老师

随着AI、大数据、物联网、无人驾驶等新兴技术的发展，FPGA凭借灵活性、可重构性赢得了更多增量市场。赛灵思的营收也一路高歌，在2019财年突破了30亿美元，年度增长高达24%，而全球FPGA市场规模在50-60亿美元，仅赛灵思一家就占据了半壁江山，加上英特尔PSG和Lattice拿走的市场份额，留个国产FPGA的市场空间所剩无几。
国内FPGA发展的最大障碍就是专利技术，赛灵思和英特尔两家公司从单元架构、IP，到互联等核心技术设置了层层壁垒，国产FPGA公司发展二十多年来，在突围的路上走得异常艰难，到现在依然处于被动创新、研发成本居高不下的窘况中。根据GlobalMarketInsights的数据，预计到2022年亚太区域FPGA市场将突破40亿美元，而国外厂商会占到99%的市场份额。在国产当自强的大背景下，如何发力突围成为国产FPGA厂商面临的最大挑战。
目前国内的FPGA厂商主要有京微齐力、高云半导体、紫光同创、上海安路科技、AGM几家公司，下面我们就透过这些公司的发展来看一看国产FPGA市场的发展历程。
京微齐力：二次创业再出发
大家可能对京微齐力没有太深刻印象，但是一定听说过“京微雅格”这个名字。京微雅格就是京微齐力的前身。京微雅格成立于2005年，为了绕过国外公司的专利壁垒，没有做与赛灵思、Altera(现在的英特尔PSG)、Lattice Pin-pin兼容的芯片，而且采用了SoC FPGA的战略，片上整合了DSP、Memory、MCU等单元的产品。当时京微雅格CEO刘明的解释是，FPGA和MCU不同，MCU可以从ARM获得授权，而FPGA所有的代码、工具都要自己一点点去搭，国外公司对我们造成的技术壁垒，这就好比高速公路设有收费站，咱们进不去，只好另辟蹊径，走乡间小路。
从2012年开始，京微雅格开始将产品商用化，相继推出了“山”、“河”系列，但是面向的都是中低端市场。在2016年初，京微雅格发布了面向高端市场的“云”系列CME-C1，也代表国产FPGA从低端逐步迈向中高端市场。当时京微雅格的市场副总裁王海力介绍，CME-C1在关键技术指标上达到了国内领先，可实现对同行竞争对手中端FPGA芯片的部分替代，有效填补国产FPGA的市场空白。
可惜，在2016年6月，京微雅格因为资金、结构调整的问题走向了分裂。还是在王海力和几名老员工的坚持和努力之下，得到了投资方的注资，进行二次创业，成立了京微齐力。除了继续销售原有的FPGA芯片，还研发面向人工智能等新兴应用的AiPGA芯片、异构计算HPA芯片、嵌入式可编程eFPGA IP核，现在京微齐力逐步走向了正轨。
高云半导体：从技术到市场拓展，步步为营
再看凭借技术起家的高云半导体，似乎比京微雅格走的顺利一些。2014年，高云半导体成立于佛山，后搬到广州，核心研发人员平均从事FPGA软件、硬件技术开发时间超过15年。其CEO朱璟辉毕业于清华大学，从1996年到2011年在Lattice负责技术研发，经历了7代FPGA产品开发，获得了11项美国专利，5项中国专利；其SVP 宋宁曾在Lattice、Cadence担任过高工，负责高云半导体FPGA全流程软件开发，对FPGA架构、硬件设计、软件研发同步开发有独到经验。
在产品研发方面，高云半导体2015年量产国内第一块产业化的55nm工艺400万门的中密度FPGA芯片，并开放开发软件下载；2016年第一季度顺利推出国内首颗55nm嵌入式Flash+SRAM的非易失性FPGA芯片；2017年小蜜蜂家族中的GW1N-4、GW1N-1，晨熙家族GW2A系列FPGA产品开始批量出货；2018年，高云宣布研发成功了GW3AT-100，这是国内首款28纳米中高密度FPGA，由台积电代工；2019年，高云宣布推出安全FPGA。
在销售方面，今年1月，高云半导体宣布累计出货FPGA器件1000W片；今年3月，高云半导体宣布累计出货1500万片，客户覆盖工业、车载、通信、家电、消费及IoT等领域，已有70余家客户实现了大批量生产，应用于300个项目中。今年，高云半导体又相继签订了美国、英国、日本、俄罗斯等海外市场的代理商，向海外进军。
从产品研发到市场开拓，从国内到国际市场，从低密度产品到高密度产品，高云半导体从主攻技术移步到主攻市场，在FPGA市场的发展可谓步步为营。
紫光同创：高中低端全面布局
紫光同创是紫光集团旗下的子公司，成立于2013年，注册资金达3亿元、总投资达到10亿元，主要产品是可编程逻辑器件，拥有Titan、Logos和Compact共3个系列产品。其中Titan PGT30G已量产，采用了完全自主产权的体系结构和主流先进制造工艺，带有DDR3和PCIe接口，可以达到千万门级，制程工艺采用了台湾联华UMC的40nm制程。
紫光同创的Titan系列高性能FPGA PGT180H拥有2000多万门规模、6.25Gbps 高速串行接口Serdes，可满足部分通信设备应用需求，目前已在中兴通讯、烽火通信、华三通信等公司实现了量产应用。除了中大规模FPGA器件外，紫光同创还陆续推出了CPLD和小规模FPGA器件，在大、中、小规模产品领域全线出击，不断完善产品线。
今年8月，紫光国微拟对全资子公司茂业创芯增资1亿元人民币，以助力茂业创芯对参股子公司深圳市紫光同创增资事项顺利实施，紫光同创本次融资的重点发展方向是加速和保障28nm新产品研发，紫光同创28nm产品为Logos-2系列高性价比FPGA，产品规模覆盖15K~330K逻辑单元 LE，最大规模高达3000多万门，共有近10款产品，带有6.6Gbps/12.5Gbps serdes、DDR3、LVDS和MIPI等高速接口，Logos-2系列FPGA定位于通信协处理、人工智能终端、工业与物联网、高速视频流媒体处理等中高端市场应用领。
显然，紫光同创的战略方向不仅是布局中低端市场，高端应用也要覆盖，尤其是在中国市场发展人工智能、自动驾驶技术发展迅速，需要高端FPGA来实现加速处理。
上海安路科技：打造芯片、软件、平台一体化系统
上海安路科技成立于2011年，先后获得中信资本、杭州士兰微集团、深圳创维集团、中国电子信息产业集团华大半导体有限公司和上海科技创业投资有限公司战略投资。主要产品包括高性价比的可编程逻辑器件(FPGA)、可编程系统级芯片(SOC)、定制化可编程芯片、及相关软件设计工具和创新系统解决方案。
在产品上，上海安路科技布局了三个系列：高端PHOENIX(凤凰)、中端EAGLE(猎鹰)、低端ELF(精灵)。产品在核心架构、软件算法和系统集成等方面拥有多项技术专利。其中，2016年首创推出的FPGA+DRAM SIP封装产品，受到LED显示客户欢迎，目前在LED显示控制行业起着引领作用。先进工艺FPGA器件的研发是各家FPGA公司实力的体现，安路科技也研发了采用28nm工艺的高性能大容量FPGA产品Phoenix系列产品PH5-100K将于2019年底推出样片。
在软件平台上，上海安路科技开发的全流程TD软件系统和硬件芯片完美地结合在一起，提供了用户从前端综合到位流生成的完全开发平台。公司在核心架构、软件算法和系统集成方面拥有多项技术专利。在产品创新和市场创新中，上海安路科技积累了大量的专利和IP，保障了自身和客户的合法权益，绕开了国外企业的专利壁垒。
AGM：从编译软件渗透到FPGA产业链
上海遨格芯微电子(AGM)成立于2012年，由来自美国硅谷的知名可编程逻辑芯片企业的团队和国内资深工程团队创办。与国内其它FPGA公司的发展历程不同，AGM是以开发自主产权的编译软件开始，兼容切入现有FPGA软件的生态链。
2014年，智能手机正在起飞，AGM抓住时机推出了用于智能手机和loT的FPGA芯片，并且通过了三星严格的供应商测试认证，成为三星Galaxy手机里除Lattice之外的唯一备选FPGA器件，实现了国内FPGA公司出口零的突破。Intel收购Altera后，Intel对于中低端市场的忽视使AGM赢得了千载难逢的发展机遇，AGM加快蚕食Altera在中低端的FPGA市场份额，到2016年，AGM已经在如LED多彩控制、点钞机等垂直市场抢占了部分市场份额。
通过对FPGA芯片的快速迭代开发，AGM得以进入整个FPGA生态圈，用微弱的力量在国际巨头几乎垄断的FPGA生态圈里锲入一个钉子，随着IP库的积累和软件工具的成熟，利用大企业打瞌睡的时间悄悄地扩大了地盘。FPGA的市场难点在于没有有效的商业模式可以迅速并低成本地扩大和接触长尾市场，国产FPGA起步的商业模式关键则转为如何迅速切入现存长尾市场中的高量细分。
公司目前已实现55nm、40nm工艺中密度FPGA的量产，并针对性推出了内嵌Flash、SDRAM等集成化方案产品，截至2018年已批量发货2KK片。通过严谨科学的设计，360度围绕客户的技术支持及服务，以及贯穿全流程的高标准测试管理，为更多的行业合作伙伴提供最符合需求的高性价比FPGA整体解决方案。
国产FPGA厂商如何突围？
据MRFR统计2018年全球FPGA市场规模为60亿美元左右，随着AI+5G的应用逐步展开， FPGA市场规模有望在2025年达到125亿美元，年复合增长率为10.22%。其中在亚太地区，尤其是在中国，随着新兴基础建设应用的铺开，FPGA的复合增长率有望高于其它地区，成为重要的增量市场。
相对中国市场的近1700家IC设计企业，国内FPGA厂家少得可怜，其实并不是FPGA产品利润微薄，而是技术障碍不可逾越。FPGA产业要想成功需要搭建完整的生态系统，FPGA芯片、EDA工具、IP库等缺一不可。只有建设完善的生态系统，才能给用户提供更全面的设计资源，从而突出系统优势，迅速适应各种市场应用变化。
从投资的角度来看，FPGA产品投资周期很长，一代产品从投入研发到产品量产大约需要七年。一般跨入新行业要做到第三代产品以后才能赶上行业正常水准，按照两年一代计算，总的投资周期超过10年，创投公司很难等如此长时间而不求任何回报。
虽然国产FPGA市场重重受阻，但是在政策的大力推进下，新的FPGA公司相继涌现，从京微雅格、紫光国芯，到高云半导体、安路科技、AGM，在研发、设计、生产各个环节都实现了原始技术积累，并推出了高性价比的FPGA产品和高性能的FPGA产品。虽然国产FPGA厂商和赛灵思、英特尔的差距还很大，但是能够看到这些国产FPGA公司的决心。
中国大力发展FPGA是大势所趋，国产FPGA厂商在打造中低端产品的同时也要研发高端产品，打造高、中、低端完整的产品线，全方位满足国内FPGA应用端的需求。从目前的现状看，国内FPGA厂商芯片、软件非常分散，用户每采用一款新的FPGA都需要学习不同的系统平台，这不仅会加重客户的负担，而且会浪费整体资源，FGPA厂商不仅要努力追赶国外巨头，同时要面对内部竞争压力，不利于国内FPGA产业链的发展。
关于FPGA芯片设计，国内FPGA产业链也要“集中精力办大事”，设计芯片的公司不宜过多，否则会造成资源浪费。只有更多设计公司围绕国产FPGA芯片展开应用，才能让国产FPGA产品有机会进行迭代，实现性能升级，缩小与国际巨头的差距。[sub][/sub][sup][/sup][strike][/strike]

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