FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）芯片賽道熱點(diǎn)不斷。

6月2日，AMD發(fā)文慶祝首款商用FPGA問世40周年。5月中旬，中科芯磁宣布完成數(shù)千萬元戰(zhàn)略投資。4月29日，國(guó)內(nèi)FPGA廠商紫光同創(chuàng)擬開啟IPO。4月18日，英特爾宣布與私募機(jī)構(gòu)銀湖資本達(dá)成協(xié)議，擬以44.6億美元出售旗下FPGA子公司Altera 51%的股份，Altera的新戰(zhàn)略方向指向由AI驅(qū)動(dòng)的新興高增長(zhǎng)市場(chǎng)……

自20世紀(jì)80年代誕生以來，F(xiàn)PGA芯片雖然問世時(shí)間不長(zhǎng)，但憑借“可編程”等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在百花齊放的芯片浪潮中奪得一席之地，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，技術(shù)日新月異。

“在當(dāng)前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局下，中國(guó)市場(chǎng)正展現(xiàn)出獨(dú)特的發(fā)展?jié)摿?。預(yù)計(jì)未來幾年，中國(guó)FPGA市場(chǎng)增速將顯著高于全球平均水平，一方面是國(guó)家政策對(duì)供應(yīng)鏈本土化的持續(xù)推動(dòng)；另一方面是邊緣計(jì)算、汽車電子等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。雖然中國(guó)FPGA產(chǎn)業(yè)與國(guó)際大廠在技術(shù)積累上有一定差距，但隨著國(guó)產(chǎn)FPGA在制程工藝、工具鏈完善、生態(tài)建設(shè)等方面的持續(xù)突破，中國(guó)FPGA產(chǎn)業(yè)有望在全球市場(chǎng)中占據(jù)更加重要的位置?！卑猜房萍伎偨?jīng)理文華武近日在分析行業(yè)前景時(shí)向證券時(shí)報(bào)記者表示。

“變色龍”芯片

相較于CPU、GPU，同屬于邏輯芯片的FPGA，較少為外界所知。后者與CPU、GPU最大的不同在于，顛覆性的“現(xiàn)場(chǎng)可編程”和“可重構(gòu)性”，其可根據(jù)不同的應(yīng)用需求搭建出千變?nèi)f化的硬件邏輯。所以，F(xiàn)PGA又被稱為“變色龍”芯片。

“FPGA除了邏輯可實(shí)時(shí)改變，還有并行處理能力強(qiáng)、延遲小、開發(fā)周期短等核心優(yōu)勢(shì)。這使得FPGA被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)、航空航天、視頻圖像處理、高速接口設(shè)計(jì)、人工智能、工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子及數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。例如，在5G基站、自動(dòng)駕駛、航空航天等對(duì)響應(yīng)速度要求苛刻的場(chǎng)景中，F(xiàn)PGA能快速處理傳感器數(shù)據(jù)并作出決策，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性?！北本┥缈圃貉芯繂T王鵬向證券時(shí)報(bào)記者闡述。

在文華武看來，F(xiàn)PGA的高并行架構(gòu)賦予其高實(shí)時(shí)性和高帶寬特性，能并行處理多數(shù)據(jù)流，滿足高效計(jì)算需求。并且，F(xiàn)PGA可以根據(jù)特定應(yīng)用的需求進(jìn)行定制化開發(fā)，提供最優(yōu)的性能和效率，使得FPGA在一些領(lǐng)域如通信、圖像處理等具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，Time to market（快速上市）也是其一大優(yōu)勢(shì)，相比ASIC等需要長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)和制造的專用芯片，F(xiàn)PGA開發(fā)周期更短，能夠更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

一位大廠資深芯片工程師告訴證券時(shí)報(bào)記者，在專業(yè)音視頻領(lǐng)域，協(xié)議越來越多，對(duì)畫質(zhì)、無損率以及延時(shí)的要求越來越高，但CPU或者GPU出廠后很難增加針對(duì)這些協(xié)議的硬件模塊，用軟件處理對(duì)性能影響較大，而FPGA可通過改變自身的邏輯功能，直接生成這些協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的硬件處理模塊。

他還指出，在并行處理上，高清視頻處理的數(shù)據(jù)量極大，比如，8K視頻單幀像素高達(dá)3300萬，每秒60幀時(shí)數(shù)據(jù)量達(dá)20億像素，GPU雖可多核渲染，但很難做到這么高像素級(jí)并行。FPGA則可以將視頻處理流程分解為多個(gè)階段，每個(gè)階段設(shè)計(jì)專門的硬件模塊去處理。并且，F(xiàn)PGA還能保證確定性的延時(shí)。

行業(yè)龍頭錨定新興領(lǐng)域

從行業(yè)規(guī)模來看，據(jù)多家機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，F(xiàn)PGA市場(chǎng)在2025—2030年間有望維持高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。例如，Mordor Intelligence預(yù)測(cè)市場(chǎng)將在2025年達(dá)到111.4億美元，到2030年增長(zhǎng)至187.6億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）為10.98%。Grand View Research預(yù)計(jì)2023—2030年的CAGR為10.8%，市場(chǎng)規(guī)模將從2022年的104.6億美元，增長(zhǎng)至2030年的233.4億美元；增長(zhǎng)主要由電信、數(shù)據(jù)中心與AI計(jì)算、汽車、航空航天等行業(yè)驅(qū)動(dòng)。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景更為顯著。據(jù)中研普華報(bào)告的預(yù)測(cè)，2024年中國(guó)FPGA芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)249.9億元人民幣，同比增長(zhǎng)19.78%，預(yù)計(jì)2025年將突破332.2億元人民幣，2025—2030年復(fù)合年均增長(zhǎng)率為22.5%。

行業(yè)格局方面，長(zhǎng)期以來，F(xiàn)PGA國(guó)際市場(chǎng)主要由Xilinx和Altera兩家主導(dǎo)，目前兩者份額超過70%；在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，紫光同創(chuàng)、安路科技、復(fù)旦微電、高云半導(dǎo)體、易靈思等本土企業(yè)也在穩(wěn)步擴(kuò)大市場(chǎng)份額。

事實(shí)上，伴隨各類新技術(shù)的涌現(xiàn)，F(xiàn)PGA重要性正日益顯現(xiàn)。TrendForce在近期發(fā)布的研報(bào)中認(rèn)為，F(xiàn)PGA恰如其分地契合AI、邊緣計(jì)算、機(jī)器人技術(shù)、云平臺(tái)及下一代無線網(wǎng)絡(luò)等高增長(zhǎng)領(lǐng)域的蓬勃需求，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

在此背景下，國(guó)內(nèi)外龍頭均在積極布局。在今年4月銀湖資本成為Altera控股股東后，Altera新任CEO宣稱要將公司打造為“世界第一的FPGA解決方案提供商”。新戰(zhàn)略方向指向邊緣計(jì)算和機(jī)器人技術(shù)等新興市場(chǎng)。同時(shí)，公司將繼續(xù)深耕傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。

談及未來布局方向，復(fù)旦微電高管在今年業(yè)績(jī)說明會(huì)上向證券時(shí)報(bào)記者表示，隨著人工智能應(yīng)用需求的增加，F(xiàn)PGA能夠發(fā)揮其并行計(jì)算、靈活、可編程等技術(shù)特點(diǎn)，獲得新的應(yīng)用空間。公司將繼續(xù)豐富FPGA產(chǎn)品系列譜系，滿足人工智能和數(shù)字通信對(duì)新一代FPGA產(chǎn)品的市場(chǎng)需求。

據(jù)文華武介紹，安路科技針對(duì)工控、電力、智算、汽車電子等領(lǐng)域，已推出多款高性能FPGA產(chǎn)品，并不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能。同時(shí)，公司也在積極探索FPGA在高端圖形處理、智能醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、低空經(jīng)濟(jì)等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。

如何解決不足？

雖然FPGA具有鮮明的核心優(yōu)勢(shì)，但相較GPU、CPU市場(chǎng)動(dòng)輒千億美元的市場(chǎng)規(guī)模，F(xiàn)PGA為何市場(chǎng)規(guī)模不大？哪些因素制約了行業(yè)發(fā)展？

文華武向證券時(shí)報(bào)記者解釋，雖然FPGA憑借靈活可編程、快速上市等特性，作為通用解決方案在多個(gè)領(lǐng)域得以應(yīng)用，但它并非所有場(chǎng)景下的最優(yōu)解。在具體應(yīng)用領(lǐng)域中，F(xiàn)PGA面臨著性能、功耗以及成本等方面的挑戰(zhàn)。FPGA是需要“芯片+EDA+IP”來實(shí)現(xiàn)功能的產(chǎn)品，其生態(tài)系統(tǒng)的完善也至關(guān)重要，尤其在高端大規(guī)模領(lǐng)域，配套EDA工具的發(fā)展對(duì)FPGA的應(yīng)用和推廣起了很大作用。

“從成本來看，F(xiàn)PGA芯片的設(shè)計(jì)和制造工藝復(fù)雜，研發(fā)成本高，導(dǎo)致其單價(jià)相對(duì)較高，這在一定程度上限制了其在一些對(duì)成本敏感的應(yīng)用領(lǐng)域的推廣。從功耗來看，F(xiàn)PGA在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較高的功耗，這對(duì)于一些對(duì)功耗要求嚴(yán)格的設(shè)備，如移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等，是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。從生態(tài)方面來看，F(xiàn)PGA的開發(fā)工具和軟件生態(tài)系統(tǒng)不夠完善。相比之下，CPU、GPU等擁有成熟的開發(fā)工具和豐富的軟件資源，更容易被廣大開發(fā)者所接受?！敝嘘P(guān)村物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長(zhǎng)袁帥認(rèn)為。

如何改善上述問題？相比國(guó)際大廠，國(guó)內(nèi)廠商存在哪些差距，如何才能實(shí)現(xiàn)追趕？

王鵬分析稱，任何一種半導(dǎo)體產(chǎn)品或技術(shù)類型都有先天的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，關(guān)鍵是從業(yè)企業(yè)如何作為；技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模效應(yīng)降成本，研發(fā)低功耗技術(shù)，完善生態(tài)系統(tǒng)和工具鏈等均是FPGA廠商未來可以尋求突破的點(diǎn)。

文華武認(rèn)為，F(xiàn)PGA芯片行業(yè)持續(xù)高集中度態(tài)勢(shì)，中國(guó)FPGA產(chǎn)業(yè)研發(fā)起步晚，在技術(shù)積累上有一定差距，目前，國(guó)內(nèi)FPGA公司相較于國(guó)外領(lǐng)先廠商的差距主要體現(xiàn)在超大容量FPGA芯片、高層次系統(tǒng)級(jí)EDA軟件、高端應(yīng)用三個(gè)方面。對(duì)此，安路科技正通過構(gòu)建全方位服務(wù)體系，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

長(zhǎng)期而言，他提出，國(guó)產(chǎn)FPGA廠商應(yīng)加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的協(xié)同合作，提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，共建生態(tài)，共同推動(dòng)FPGA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大。

當(dāng)FPGA遇上開源

在探討國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體、AI廠商如何縮短與國(guó)際大廠差距這一話題時(shí)，開源是近年來繞不開的話題。

今年年初，以DeepSeek為代表的開源大模型改變了全球AI產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局。在芯片領(lǐng)域，RISC-V作為開源、開放的硬件架構(gòu)，正成為近年來全球芯片產(chǎn)業(yè)變革的新引擎。

王鵬認(rèn)為，對(duì)于芯片設(shè)計(jì)企業(yè)而言，開源的特性降低了開發(fā)的門檻和成本，使得更多的開發(fā)者和企業(yè)能夠參與進(jìn)來，加速技術(shù)的迭代和創(chuàng)新，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性。同時(shí)，開放標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)有助于打破傳統(tǒng)廠商的技術(shù)壟斷，促進(jìn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。

安路科技在今年4月官微推送的《FPGA與RISC-V淺談》中指出，RISC-V的開放模式能夠大幅降低芯片設(shè)計(jì)的周期和成本，隨著RISC-V商用核心的選擇越來越豐富，RISC-V硬核與FPGA結(jié)合的架構(gòu)也逐步顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，兩種單元都具備可配置性和可編程性，為多樣化的算法提供了更靈活、高效的計(jì)算方案。

展望未來，文華武指出，隨著邊緣計(jì)算、自動(dòng)駕駛、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)計(jì)算性能和靈活性的需求越來越高，F(xiàn)PGA融合RISC-V的架構(gòu)則為它們提供了高效、靈活的計(jì)算平臺(tái)，為創(chuàng)新應(yīng)用的發(fā)展提供有力的支持。

事實(shí)上，業(yè)內(nèi)對(duì)于FPGA的開源探索并不局限于RISC-V。今年3月，美國(guó)初創(chuàng)公司Zero ASIC發(fā)布全球首個(gè)100%開源eFPGA IP產(chǎn)品Platypus。其具備三大特點(diǎn)：采用100%開放和標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)，提供100%開源的比特流格式以及配備100%開源的開發(fā)工具。

前述芯片工程師告訴證券時(shí)報(bào)記者，Platypus的顛覆力在于重構(gòu)FPGA價(jià)值鏈條。通過開源實(shí)現(xiàn)技術(shù)服務(wù)各行各業(yè)，既能降低準(zhǔn)入門檻，也將擴(kuò)大行業(yè)覆蓋范圍。大幅降低開發(fā)及應(yīng)用成本，該創(chuàng)新生態(tài)一旦形成規(guī)模，傳統(tǒng)廠商斥巨資打造的護(hù)城河可能面臨威脅。

不過，開放生態(tài)并非沒有弱點(diǎn)。FPGA芯片大量用于航空航天、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等關(guān)鍵領(lǐng)域，開源勢(shì)必存在一定挑戰(zhàn)?！霸趽肀ч_放的同時(shí)，行業(yè)也必須建立新的安全、標(biāo)準(zhǔn)等共識(shí)體系?！痹撔酒こ處熣f。