從邏輯驗證發展起來的FPGA，早已經成為處理器晶片家族中的重要一員，在通信、資料中心、工業領域中發揮着不可替代的作用，雖然沒有CPU、GPU領域上百億美元的市場規模，但其實力依然不可小觑。近年來，由于AI、5G、異構計算的崛起，FPGA的價值更是得到了的顯著提升。
國内FPGA市場也在新一波技術浪潮的驅動下迅速擴張，推動國内FPGA企業不斷提升技術實力，完善産品布局，在更多細分領域取得突破。
市場狀況
FPGA是一種很特殊的晶片，可由電路進行程式設計，通過軟體手段更改、配置器件内部連接配接結構和邏輯單元，完成既定設計功能。與全定制的ASIC（Application Specific Integrated Circuit專用內建電路）不同，FPGA屬于半定制電路。理論上，如果FPGA提供的門電路規模足夠大，通過程式設計可以實作任意ASIC和DSP（數字信号處理器）的邏輯功能。
得益于高度的靈活性和強大的并行處理能力，FPGA可以在雲、端、及其中間的全部應用中發揮作用，是以市場規模不斷擴大。根據市場調研機構Frost&Sullivan的統計，FPGA全球市場規模從2016年的約43.4億美元增長至2020年約60.8億美元，年均複合增長率約為8.8%。随着全球新一代通信裝置以及人工智能與自動駕駛技術等新興市場領域需求的不斷增長，預計全球FPGA市場規模将從2021年的68.6億美元增長至2025年的125.8億美元，年均複合增長率約為16.4%。
相對于全球市場，中國市場的成長速度更快。據Frost&Sullivan資料，中國FPGA市場從2016年的約65.5億元增長至2020年的約150.3億元，年均複合增長率約為23.1%。随着國産替代程序的進一步加速，預計到2025年中國FPGA市場規模将達到約332.2億元。
國産FPGA從90年代開始起步，是處理器晶片中最先國産化的品類，主要應用于IC設計的産品驗證環節，以及一些多品類、小用量的各種領域，是以更容易從下遊用戶端突破。以消費電子市場為基礎，國産FPGA如今正快速進入工業、通信和汽車市場，主打産品也逐漸從中低端向高端産品過渡。
6大應用的牽引
集微咨詢（JW Insights）認為，FPGA在靈活性、性能、功耗、成本之間具有較好的平衡性，以下6大應用方向将成為其主要的成長驅動力。
1 網絡通信
網絡通信是FPGA最主要的應用市場。5G時代對基站射頻晶片，在連接配接速度、延時、連接配接密度、頻譜帶寬的要求更高，加上宏微基站的數量也較4G有一定的增量，單基站FPGA晶片用量将從4G網絡的2-3塊上升至5G網絡的4-5塊，拉動FPGA的量價齊升。據Frost&Sullivan資料，2020年應用于該領域的FPGA晶片中國銷售額将達到62.1億元，占中國FPGA晶片市場佔有率的41.3%，2021 年至2025 年年均複合增長率将達到17.5%。
2 工業自動化
在工業應用中，FPGA可取代ASIC技術，提供更具成本有效性的解決方案。比如，FPGA可作為通信協處理器負責連接配接到以太網的工作，靈活的解決方案可以通過一個硬體平台支援多種協定；用FPGA控制電機，通過它的嵌入式處理器，實時特性和數字編碼器輕松實作。據Frost&Sullivan資料，2020年應用于該領域的FPGA晶片中國市場銷售額将達到47.4億元，占中國FPGA晶片市場佔有率的31.5%，2021 年至2025年年均複合增長率将達到16.1%。
3 資料中心
伺服器和存儲器作為資料中心的通用基礎裝置，為了應對複雜多變的應用情景，需要FPGA實作邏輯控制、資料轉換、功能擴充、系統更新等功能。據Frost&Sullivan 資料顯示，2020年應用于該領域的FPGA晶片中國銷售額将達到16.1 億元，占中國 FPGA晶片市場佔有率的10.7%，2021年至2025年年均複合增長率将達到16.6%。
4 汽車電子
汽車電子行業對FPGA的需求主要來自于對多傳感器采集的資料進行處理，需要能夠滿足靈活I/O 接口和高資料速率要求的FPGA進行支撐。随着汽車自動駕駛水準從Level 2逐漸演進到Level 5，對環境進行感覺的傳感器數量将激增，需要更多的通信接口和高資料帶寬，将給FPGA提供廣闊的市場空間。據Frost&Sullivan資料顯示，2020年應用于該領域的FPGA晶片中國市場銷售額将達到9.5億元，占中國FPGA晶片市場佔有率的6.3%， 2021年至2025年年均複合增長率将達到22.7%。
5 消費電子
國産FPGA在5G領域最大的機會在使用者端消費電子領域，尤其在各式各樣的音、視訊轉換接口，以及各式各樣的通信協定轉換接口領域。究其原因還是FPGA晶片可程式設計，多I/O的特點非常适合各類轉換接口的設計。據Frost&Sullivan 資料顯示，2020年應用于該領域的 FPGA晶片中國銷售額将達到9.4億元，占中國FPGA晶片市場佔有率的6.3%，2021年至2025 年年均複合增長率将達到13.0%。
6人工智能
人工智能應用場景對終端裝置推斷能力的要求高，基于CPU的傳統計算架構無法充分滿足人工智能高性能并行計算的需求，而這正是低功耗、可采用異構計算、開發周期短、程式設計靈活的FPGA所擅長。據Frost&Sullivan 資料顯示，2020 年應用于該領域的FPGA晶片中國銷售額将達到5.8億元，占中國FPGA晶片市場佔有率的3.9%，2021 年至2025年年均複合增長率将達到16.9%。
要挑戰高端還需應對重重挑戰
國産FPGA正在由中低端向高端前進，但這個過程将面臨諸多複雜挑戰。
首先，FPGA的開發具有很高的門檻。具體來說，FPGA布局布線複雜，所需的硬體結構繁瑣且良率低，程式設計設計時還需考慮應用場景的多樣性、複雜性和效率。同時，可編輯的特點使其需要與EDA 配套軟體部分一起使用，是以FPGA 公司不僅需要精專于 IC 設計，更需擁有自主研發适用于硬體部分EDA軟體的能力。目前國内FPGA原廠大規模EDA工具集中于100k邏輯規模，一旦超過350k，EDA的算法複雜度将呈指數型增長，對于每家原廠來說都是較大的挑戰。
其次，在生産加工方面，從晶圓代工到封測，國内産業基礎仍比有欠缺。國内大部分産品出貨都集中在40nm、55nm工藝，與國外主流産品仍有2代左右的工藝差距。
最後，FPGA的高端人才大多聚集在北美地區，國内人才缺失也是一大問題。
不過更要關注的是國産FPGA進步之神速。因為從2017年開始，國産FPGA才正式邁入發展關鍵階段（從反向設計向正向設計全面過渡），開始逐漸得到國内客戶的認可。
近幾年随着國産替代的機遇來臨，國産FPGA取得了長足的進步。根據公開資訊，複旦微電于2018年第二季度推出28nm工藝制程的億門級FPGA産品，後于2019年正式銷售，目前已開啟14/16nm工藝制程的10億門級FPGA産品的研發程序，預計2021~2022年進行産品流片，于2023年實作産品量産。紫光同創于2020年初釋出了28nm工藝制程的千萬門級FPGA産品，安路科技同樣于2020年推出28nm制程的FPGA産品。
鑒于國内FPGA公司都在相關領域有了長期的積累，并且在一些重點領域取得實質性的突破，集微咨詢（JW Insights）認為國内廠商不應一味追求先進工藝的采用，而應該将注意力更多放在客戶的具體需求上，在某些關鍵名額上與國際大廠形成差異化設計，比如優化核心架構，內建一些專屬功能的IP，或是開發出更具成本效益的封裝形式。
同時，國産FPGA還要進一步加大在細分市場的投入，并聯合更多産業鍊的合作夥伴，完善生态環境的建設，這樣才能抓住新興市場的機遇，獲得更強的競争力。（校對/Andrew）