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

（1）第一階段是 20世紀 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、以大型并購案為特點的行業(yè)洗牌。隨著半導體行業(yè)對 FPGA 的重視加大，Microchip、Intel 和 AMD 等半導體龍頭紛紛下場收購與整合 FPGA 業(yè)務，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，戰(zhàn)略部署數(shù)據(jù)中心應用。中國 FPGA 產(chǎn)業(yè)起步和發(fā)展較晚。復旦微電子自 2004 年開始進行 FPGA 研發(fā)，布局相對較早，安路科技和紫光同創(chuàng)也于 2011 和 2013 年相繼成立。

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

AMD（Xilinx）FPGA相關產(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 SoC（Adaptive SoC）系列（ZYNQ、VERSAL）。

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

（2）從芯片架構來看，F(xiàn)PGA 單芯片向更先進工藝、更高速電路結構、復雜異構 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 架構等。

（3）從產(chǎn)品價格來看，隨著產(chǎn)品定位從低端走向高端，F(xiàn)PGA 容量等指標不斷提升，通信架構逐漸升級，對應開發(fā)板的價格也從數(shù)百美元逐步增加到一萬多美元。

（4）從應用領域來看，數(shù)據(jù)中心等高端應用所適用的 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)絡加速需求。

觀點#1：在高端 FPGA 硬件水平上，國產(chǎn)廠商與國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)進入 7nm 制程工藝，Intel（Altera）與之對標的 Agilex 系列也已采用 Intel 7 制程工藝。國產(chǎn)廠商目前尚處于 28nm 的技術節(jié)點，且在 28nm 產(chǎn)品的推出節(jié)點上落后于兩大國際龍頭近十年。作為 FPGA 芯片性能的基礎性指標，芯片制程仍然是國產(chǎn)替代突圍的關鍵。

其次是硬件架構方面，國際龍頭已經(jīng)開始在高端產(chǎn)品中使用先進的 NoC 片上通信網(wǎng)絡架構以及兼顧內(nèi)存容量與帶寬的 HBM 存儲架構，AMD（Xilinx）更是開創(chuàng) ACAP 的新型異構模式，因此架構創(chuàng)新與升級也是國產(chǎn)廠商未來發(fā)展需要攻克的難關。

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

AMD、Intel 雙寡頭主導市場，中端市場國產(chǎn)化機遇顯現(xiàn)。全球市場競爭格局穩(wěn)定，國際龍頭占據(jù)絕對市場份額。根據(jù) Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，2019 年全球前四大 FPGA 廠商合計占據(jù) 94.4%的市場份額，其中，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）分別占據(jù) 51.7%、33.7%的絕對份額，具有難以撼動的市場地位。

中國市場競爭格局主要呈現(xiàn)兩大特點：（1）國產(chǎn) FPGA 廠商開始崛起。近年來，隨著國產(chǎn)替代趨勢漸漸進入 FPGA 市場，國產(chǎn) FPGA 廠商已占有一席之地。

測算，主要國產(chǎn) FPGA 設計公司合計營業(yè)收入自 2018 年的 2 億元增長至2022 年的 33 億元，2022 年全球市占率已超過 5%（按本文 2.3 測算口徑），國產(chǎn)化進程大步推進。（2）國際龍頭廠商在中國市場的占有率略低于全球市場（出貨量口徑）。

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

從需求側看：中國 FPGA 市場目前以容量<500K、制程在 28-90nm 的產(chǎn)品為主，中低端市場空間更為廣闊。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 芯片合計占有 69.9%的市場份額（2019 年中國市場，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比與較高的良品率依然占據(jù)了市場中63.3%的份額（2019 年中國市場，銷售額口徑）。此外，由于先進制程產(chǎn)品具有更低功耗與面積和更高的性能，28nm 以下制程的 FPGA 芯片預計將快速發(fā)展。

從供給側看：國際龍頭對中端 FPGA 投入放緩，中端市場迎來機遇。2022年 9 月，AMD 宣布 Xilinx 7 系列產(chǎn)品的生命周期將至少延長至 2035 年，這意味著在中端 FPGA 領域，AMD 的戰(zhàn)略是維持舊有市場，而非增加投入。這為原本在低端市場發(fā)展的 FPGA 廠商帶來機遇。

觀點#2：國產(chǎn)廠商滲透率不斷提升，中低端市場帶來國產(chǎn)替代強大驅(qū)動力

從市場層面看：FPGA 供需兩側為國產(chǎn)替代營造有利格局，國產(chǎn)化已初顯成效。國內(nèi) FPGA 市場對中低端產(chǎn)品需求旺盛，國產(chǎn) FPGA 可觸達市場空間依然廣闊。FPGA龍頭廠商被CPU龍頭收購，未來戰(zhàn)略向母公司數(shù)據(jù)中心相關業(yè)務傾斜，國產(chǎn) FPGA 獲得進入中端市場的機遇和空間。從公司層面看：

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

（2）新興領域積極布局，尋求更大市場空間。安路科技積極開拓汽車電子、數(shù)據(jù)中心、運算加速等新興市場，復旦微新一代配置有APU、GPU、VPU、eFPGA、AI 引擎的異構智能 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、機器視覺等領域的 SoPC 已經(jīng)啟動研發(fā)。FPGA行業(yè)廣闊的市場空間仍將持續(xù)驅(qū)動國產(chǎn) FPGA 廠商加速成長。

在于小型 FPGA 產(chǎn)品的市場基礎扎實，在工業(yè)控制、LED 等行業(yè)出貨量較大。復旦微 FPGA 產(chǎn)品主要應用于高可靠等特定領域，毛利率水平普遍較高。紫光同創(chuàng)背靠紫光集團，與長江存儲、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)鏈進行了布局，擁有較強的融資能力和市場運作能力。

通過將產(chǎn)品線與營收體量對比來看，先進制程對 FPGA 廠商營收帶動明顯。復旦微進入市場較早，2018 年其 FPGA 營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，營收體量快速成長，2019-2022 年營收 CAGR 分別達到 104%、145%，略快于復旦微 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 設計工具可以幫助 AI 科學家、應用與算法工程師、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 自適應計算解決方案。Intel（Altera）Quartus Prime 軟件包含從設計輸入和合成到優(yōu)化、驗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 等設計工具，提供專為 Lattice 器件而優(yōu)化的設計流程。

國產(chǎn) FPGA 廠商亦不落下風，研發(fā)投入占比較大。紫光同創(chuàng) Pango DesignSuite 軟件開發(fā)工具是一款擁有國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權的大規(guī)模 FPGA 開發(fā)軟件，可以支持千萬門級 FPGA 器件的設計開發(fā)。復旦微也已具備全流程自主知識產(chǎn)權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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