5月底，據業內人士透露，華為已儲備2年的美國關鍵芯片，尤其希望多儲備對5G基站至關重要的進口FPGA（現場可編程門陣列）。

頂著“萬能芯片”美譽的FPGA，在2020年開篇刷足了存在感，不僅是各大救命呼吸機的核心組件，也是5G、AI、大數據中心等熱門新基建項目的一個關鍵動力源泉。

據市場研究機構MRFR統計，2019年全球FPGA市場規模約為69億美元，預計到2025年市場規模有望達到125億美元。

一方面，我國5G新基建蒸蒸日上，推動FPGA市場需求走高；另一方面，美國豎起的技術鐵幕，迫使國產FPGA力量加速成長。

時代使然的多重因素交匯于同一賽道，在半導體自主替代的大潮中，“可用”已經難以滿足市場對FPGA的需求，如不想被上游來自國外的枷鎖困住手腳，國產玩家必須具備敢與世界一流競爭對手扳手腕的雄心，以及扛住壓力攻關先進技術的恒心。

在這場背負著振興國產FPGA的競賽中，我們現有實力距離國際先進水平還有多遠？細數國內FPGA八大主要玩家，誰又最有希望沖在前列？

1、三十五載風雨路，兩大美國寡頭壟斷FPGA江湖

上世紀80年代，Ross Freeman一個激進的設想——讓芯片像一張白布，工程師可通過重新編程在其上添加功能，使其能適應不斷變化的標準和規格。

Freeman于1948年出生于密歇根州，21歲本科畢業于密歇根州立大學物理學，23年獲伊利諾伊大學碩士學位，30多歲時在Zilog的Components部門任工程總監。

在周邊人眼中，Freeman的創新想法多少有些怪異。

那個時代，晶體管價值珍貴到堪比黃金，但Freeman的這一設想需要往一顆芯片上塞大量昂貴的晶體管，似乎與當時的芯片主流觀念背道而馳。

其團隊核心成員之一、后來成為賽靈思第八號雇員的Bill Carter曾回憶道：“當他描述完FPGA的概念之后，我第一個念頭就是，瘋了！這是史上對晶體管最不靠譜的浪費。”

不過，外部的質疑并沒有將Freeman的創新想法扼殺于搖籃，懷揣著對摩爾定律的信仰，他說服了自己當時的領頭上司——Zilog副總裁兼微處理器部總經理Bernard Vonderschmitt，共同創立全新的公司賽靈思（Xilinx）。

1985年，賽靈思推出全球第一款FPGA產品XC2064。當時這個僅有不到1000個邏輯門數的創新可編程芯片，因為尚不明晰的商業落地前景，并沒得到業界主流的重視。

但正如Freeman所預料的，晶體管成本隨著時間的推移穩步下降，這使得FPGA逐漸成為廣泛應用中定制芯片的經濟又靈活的替代品。

正是從此開始，一個全新半導體帝國逐漸崛起，歷經35年風雨飄搖，正向一個百億美元市場發起沖刺，賽靈思更是連年主宰這一市場的半壁江山。

從消費電子、工業控制、醫療成像、航空航天、通信到汽車，FPGA在多類市場展現出不可或缺的應用價值。

1989年9月26日，美國公布了一項由賽靈思申請的新專利——“由可配置的邏輯元器件及互聯組成的可配置電路”，這是FPGA發展進程中具有里程碑意義的一個節點。遺憾的是，專利公布后不到1個月，FPGA之父Ross Freeman因長年慢性病的折磨而與世長辭。

一代半導體巨擘離去，但FPGA巨輪還在加速駛向前方。

過去35年間，FPGA市場風云變幻。根據公開報道，全球有60多家公司先后斥資數十億美元踏入FPGA領域，其中不乏英特爾、IBM、德州儀器、東芝、三星等芯片巨頭，然而多數公司最終鎩羽而歸。

實力強大如英特爾，最終也沒選擇從零起步，而是在2015年花費167億美元巨資收購當時的全球第二大FPGA制造商Altera，這才順利躋身FPGA市場。

2、收購國際FPGA公司受阻，國產替代依賴國內玩家

2015年左右，全球FPGA市場已呈現高度集中的“兩大兩小”市場格局，“兩大”指的是賽靈思和Altera，“兩小”指的是萊迪斯（Lattice）和美高森美（Microsemi）。

電子產業素來老大吃肉、老二喝湯，到老三撿到的肉渣也就夠塞牙縫了。光是“兩大”FPGA寡頭就占據了近90%的FPGA市場份額，而中國廠商所占份額估計不足4%。

萊迪斯是最早進入我國的FPGA供應商，不過先一步占領市場并未帶給萊迪斯先發優勢，到90年代下半年，隨著賽靈思和Altera陸續將視線移向中國，萊迪斯的市場被逐步蠶食。

從90年代起，中國學術界亦開始探索FPGA技術，復旦大學、中科院均為重要力量。到2010年后，安路科技、西安智多晶、紫光同創、廣東高云等我國知名FPGA企業先后成立。

在探索FPGA的歷程中，我國逐漸從反向設計階段走向正向設計，國內對FPGA的應用需求也在增長。但時至今日，國產廠商在全球FPGA代表玩家中依然排不上號。

2016年11月，由中資支持的私募基金Canyon Bridge Capital Partners試圖以13億美元收購萊迪斯，然而一年后，這一交易被美國海外投資委員會（CFIUS）以擔憂國家安全為由叫停。

多家涉及海外并購交易的科技公司對CFIUS這只“攔路虎”都不陌生。此前日本富士通收購仙童半導體被否決、紫光收購存儲芯片巨頭美光受阻、福建宏芯基金收購德國半導體設備制造商愛思強被中斷等都是CFIUS的“功勞”。

萊迪思并購案告吹，意味著中國無法走海外并購主流公司的捷徑來實現FPGA自主可控，發展國產FPGA企業是眼下最為可行也是必行之徑。

無論是傳統的航空航天、通信、工業、消費電子等應用，還是新興的AI、5G通信、工業互聯網、自動駕駛、云計算、邊緣計算、物聯網市場，對FPGA的需求均在持續走高。

據市場研究機構MRFR統計，全球FPGA市場規模在2013年約為45.62億美元，去年達到約69億美元，到2022年有望突破100億大關。

▲2013-2025年FPGA市場規模增長情況

理論上，如果門電路的規模足夠大，FPGA通過編程能實現任意芯片的邏輯功能，它也因故有“萬能芯片”之稱。

相比CPU、GPU等通用芯片，FPGA并行計算效率更高、計算速度更快，功耗和延時更低。

相比被固化不能修改的專用芯片（ASIC），FPGA因其可根據不同場景重新編程的特點，有靈活性高、開發周期短、小批量成本低的優勢，能更快的應用市場需求變化。

這使得FPGA在需求快速變化的應用領域成為獨一無二的存在，也是我國國產FPGA供應商必須攻下的堡壘。

無論是方興未艾的5G基站建設，還是走向異構計算的云邊端AI加速，只要5G標準仍在變化，AI算法和物聯網需求尚未定型，FPGA都將扮演相當重要的角色。

▲4G基站與5G基站所需芯片價值量對比

FPGA在多個市場的重要性與日俱增，再加上美國在該領域擁有絕對壟斷優勢，致使FPGA已成為其制約他國貿易的有效工具之一。

隨著美國進一步升級其出口管制措施，越來越多國內廠商意識到，抵御技術孤立主義的最有利武器，唯有自強不息。

3、扛起國產替代大旗！八大國內FPGA玩家

近年來，除了在軍工領域摸爬滾打外，國內FPGA企業已將其自研產品應用于通信、工業、軍工航天、消費電子的部分領域，并開始向數據中心、智能終端等應用延展。

▲中國FPGA產業市場分布情況

當前我國主流的國產FPGA產品多采用55nm及40nm制程工藝，最先進FPGA制程尚在28nm，與已達到7nm的國際先進水準尚有不小距離。

但樂觀來看，我國FPGA玩家已開始加速奔跑，一方面追趕高端FPGA，另一方面在部分民用中低端市場已具備替代國際FPGA產品的實力。

這里我們重點列數八家有望沖刺民用市場中高端FPGA產品的國產FPGA廠商，包括1家北京企業、3家上海企業、1家廣州企業、1家深圳企業、1家西安企業和1家成都企業。

以下排名按成立時間倒序：

▲國產FPGA主要公司

1、京微齊力：二次創業，瞄準AI云邊端

論成立時間，京微齊力是算是最晚的，2017年6月才成立。但論野心和經驗，京微齊力絲毫不輸于其他國產FPGA廠商。

京微齊力成立于2017年6月，定位是中國最優秀的國產FPGA及新一代異構可編程計算芯片的供應商。

其創始人兼CEO王海力本科畢業于國防科技大學計算機科學專業，碩士和博士畢業于清華大學計算機系EDA專業。

2015年年底，還在清華大學讀博士的王海力加入一家新成立的中外合資FPGA公司雅格羅技，這家公司在北京市引導資金的支持下于2010年更名為“京微雅格”。

在國家及地方項目的支持下，京微雅格自主研發的從低規格到高規格的FPGA產品系列陸續量產。可惜時運不濟，到2016年，前期開發產品市場推廣受阻、項目資金遲遲未落實等多重原因，致使京微雅格運營陷入困境，上百名員工離職。

在征求原公司股東的同意后，包括王海力在內的公司僅剩8名堅守員工于2017年6月成立京微齊力，成立不到2個月便拿到了近700萬元天使輪融資，次年1月又獲得由海康基金領投的數千萬元Pre-A輪融資。

人才方面，原公司核心技術團隊是國內第一批正向設計FPGA芯片的成員，王海力將其中部分專家重新招入麾下，將團隊發展到逾50人。

重整旗鼓的京微齊力，在獲得京微雅格上百件專利和專有技術的授權及二次開發權后，不僅面向通信、工業、醫療等場景提供傳統FPGA芯片，還瞄準云端服務器、消費類智能終端等新興場景，研發新一代AI可編程芯片AiPGA、邊緣異構芯片HPA、嵌入式可編程eFPGA三大系列產品。

截至2019年9月，公司已實現銷售過千萬元，超過上一年全年。除已量產的40nm FPGA芯片外，該公司也在發力中高端FPGA產品，開始研發新一代28nm/22nm FPGA產品。

2、上海遨格芯：從編譯軟件切入生態鏈

上海遨格芯微電子（AGM）成立時間比京微齊力早兩年，為一家中低端、低密度FPGA的芯片提供商。

該公司由來自美國硅谷知名可編程邏輯芯片企業的團隊和國內資深工程團隊創辦，以開發自主產權的編譯軟件開始，兼容切入現有FPGA軟件的生態鏈。

在成立最初兩年，沒有背景的AGM團隊擠在上海張江集電港的一個共創空間里，默默地打磨產品、給客戶試用。

在看到智能手機風口后，AGM推出一款用于智能手機及物聯網的FPGA芯片，并通過了三星公司嚴格的供應商測試認證，成為三星Galaxy手機除萊迪斯外唯一備選的FPGA器件，實現了國內FPGA公司出口零的突破。

經過近幾年的產品迭代及市場擴展，AGM逐漸積累起較穩定的客戶，并形成面向CPLD、FPGA、FPGA+CPU、SoC等方向的多個產品線，產品覆蓋消費電子、工業、通信、AI計算等市場，成為國內FPGA領域表現亮眼的一匹“黑馬”。

3、廣東高云：首款28nm中高密度FPGA

相較AGM，廣東高云半導體在國內FPGA的知名度或許相對更高。

其CEO朱璟輝和SVP宋寧都曾在萊迪斯工作。朱璟輝從清華大學畢業后，曾于1996年-2011年在萊迪斯任職，歷經七代FPGA產品的研發；宋寧在萊迪斯、Cadence均曾任職高級工程師。

目前其研發團隊逾百人，在硅谷、上海、濟南均建立了研發中心，核心技術人員平均從事核心FPGA軟件、硬件技術開發超過15年以上；其產品已經滲透到十多個行業中，在通信、工控、消費等領域得到應用。

自2014年成立以來，高云半導體堅持正向設計，先后推出晨熙、小蜜蜂兩個家族、4個系列的FPGA產品，涵蓋了11個型號、50多種封裝的芯片、自主知識產權EDA開發軟件并持續改進。

2015年一季度，該公司量產出國內第一塊產業化的55nm工藝400萬門的中密度FPGA芯片，并開放開發軟件下載；2016年第一季度又順利推出國內首顆55nm嵌入式Flash SRAM的非易失性FPGA芯片；2018年，高云宣布研發成功國內首款28nm中高密度FPGA芯片GW3AT-100。

2019年，高云半導體邁出向新興運算平臺拓展的重要一步，實現異構SoC FPGA的產品化，推出各種支持Arm、RISC-V軟/硬核的FPGA產品，在此基礎上高云半導體研發了GoAI解決方案，性能較單獨使用Cortex-M類微控制器提高了78倍以上。

4、深圳紫光同創：高性能FPGA已量產商用

安路科技、紫光同創和高云半導體曾被臺媒稱為“國內FPGA三架馬車”。

紫光同創是紫光集團旗下紫光國微的子公司，成立于2013年，有十余年可編程邏輯器件研發經歷，布局覆蓋高中低端FPGA產品。

紫光同創具備大規模FPGA全流程開發設計能力，產品市場覆蓋航天航空、通信網絡、信息安全、AI、數據中心、工業物聯網等領域。

早在2015年，紫光同創就成功推出國內第一款實現千萬門級規模的全自主知識產權高性能FPGA芯片Titan系列，采用40nm工藝，可編程邏輯資源最高達18萬個，已廣泛應用于通信、信息安全等領域。

Titan系列高端FPGA產品PGT180H已向國內多家領先通信設備廠商批量供貨，該型號產品去年全年銷售額近1億元。

今年3月，紫光同創推出Logos-2系列高性價比FPGA，采用28nm CMOS工藝，相較上一代40nm Logos系列FPGA性能提升50%，總功耗降低40%，可滿足工業自動化、物聯網、視頻圖像處理等應用需求，已量產發貨。

5、西安智多晶：小米為第四大股東

去年9月，小米旗下長江小米產業基金以227.7萬人民幣投資智多晶，持股9.26%，成為智多晶第四大股東。

智多晶的創始人賈紅也是清華學子，1982年考入清華大學核物理專業，1992年赴美讀書，到2012年與幾位志同道合的朋友一拍即合，回到陜北家鄉發展最快的西安高新區創業，成立智多晶，隨后還在北京設有EDA軟件研究中心。

其創始團隊擁有超過20年的FPGA設計制造經驗，曾就職于海外該領域領先企業，并擔任多個專業方向技術帶頭人。

智多晶曾于2013年10月正向研發出首款擁有自主知識產權的可編智能FPGA芯片，據說是全球除四家美國公司之外，第五個跨過技術門檻的團隊。

▲智多晶展位現場

目前智多晶已實現55nm、40nm中密度FPGA的量產，并針對性推出了內嵌Flash、SDRAM等集成化方案產品，截至2018年已批量發貨2KK片，2019年芯片銷售額有望破1億元。

智多晶現有產品Seagull 1000系列CPLD芯片、Sealion 2000系列FPGA芯片等已受到市場認可，2017年以來累計出貨量逾一千萬片。

其產品覆蓋市場包括LED驅動、視頻監控、圖像處理、智能儀表、工業控制、4G/5G通信網絡、數據中心等，已與富士通、諾瓦電子、海康威視等多家知名企業建立合作關系，并開始研發測試智能人臉識別芯片。

去年該公司已在積極籌劃28nm FPGA芯片的研發落地。

此外，智多晶還于2017年并購了平臺化FPGA軟件解決方案的開創者——北京飄石科技，借此進一步完善軟件布局。飄石科技成立于2007年，曾參與或獨立完成10多個系列、近30款世界主流FPGA廠商及FPGA初創公司的FPGA器件的開發軟件支持。

6、上海安路科技：28nm今年批量供應

2020年5月19日，在上海市科學技術獎勵大會上，上海安路科技自主完成的“基于混合粒度邏輯結構的自主FPGA研發和產業化”項目榮獲2019上海市科技進步獎三等獎。

安路科技成立于2011年，總部位于上海張江，2014年獲中信資本投資，2015年獲杭州士蘭微和深圳創維集團聯合投資，2017年獲華大半導體和上海科技戰略投資。

安路科技團隊已從2019年初的120人擴張到逾200人，量產及在研產品覆蓋高中低端，面向數據中心、AI、通信、工業控制、視頻監控等領域。

此前安路科技量產的中等性能FPGA芯片成功進入LED顯示屏控制卡市場和高清電視TCON控制卡市場，并計劃與國內通信企業展開深度合作。

2019年，上海安路科技實現了業績翻3倍的目標，進入主流通信市場，FPGA產品實現中小容量重點型號覆蓋，可以替換大部分國外同類型號，同時安路的大容量器件也在全力研發中。

其FPGA從55/40nm進入主流28nm工藝平臺，在器件性能和容量上也都有較大的提升，相應地對FPGA編譯軟件和IP也提高了要求，28nm器件預計在2020年批量供應。

供貨方面，安路啟用了國產供應鏈，大部分芯片設計、生產、封裝、測試都在國內，供貨周期優勢明顯。

在今年年初接受媒體采訪時，安路科技總經理文余波提到公司在滿足通信、工控需求外，少量芯片被放到消費電子市場，在報價等同于國際先進器件的情況下，客戶也愿意優先使用安路的芯片，給出的原因是安路的器件性能好于國外競品、質量更好。

另據公開報道，安路科技預計將在2020年實現一千萬門級產品的量產，并將完成五千萬門級產品的研發。

7、成都華微科技：出身國家“909”工程

成都華微科技是國家“909”工程集成電路設計公司和國家首批認證的集成電路設計企業，隸屬于中國電子信息產業集團，于2000年3月注冊。

該公司由華大集團、成都成電大學科技園、成都創新風投、成都華微員工團隊四家股東共同投資創辦，是位于成都的一家軍民融合企業，專業涉及微電子、計算機、通信、電子信息、軟件等相關領域。

其研發團隊與大股東單位電子科技大學旗下大規模集成電路設計中心組成了聯合攻關小組，建立了強有力的研究開發合作平臺。

成都華微科技主要從事可編程邏輯器件、系統級芯片、存儲器、AD/DA芯片、電源管理等器件開發，連續承擔國家“十一五”、“十二五”、“十三五”FPGA重大專項，可編程邏輯器件、高速高精度ADC/DAC領域居于國內領先地位。

目前成都華微科技是中國電子信息產業集團的異構可編程片上系統的設計技術創新中心。

8、上海復旦微電子：超大規模億門級FPGA

今年3月20日，上海復旦微電子發布輔導備案，輔導機構為中信建投，向科創板發起沖刺。

上海復旦微電子于1998年在復旦大學逸夫樓成立，曾于2000年在港交所上市，2019年擬于A股上市，今年3月更換輔導機構沖刺科創板。

該公司在FPGA領域有近20年的研究和發展，是國內為數不多自主研發FPGA的研究機構。

前期復旦微電子曾研制出的自主知識產權千萬門級FPGA產品，突破了在傳統集成電路設計基礎上的高可靠性設計，經測試其高可靠性能處于國際領先地位。該系列產品已成功應用于我國衛星導航、載人航天等重大工程項目中。

在2018年5月第二屆中國高校科技成果交易會上，復旦微電子發布新一代擁有自主知識產權的億門級FPGA產品，填補了國內超大規模億門級FPGA的空白，各類指標已達國際同類產品先進水平。

4、走向高端FPGA，國內產業還需多少努力？

可以看到，盡管我國FPGA企業正在發力中，但客觀上，現有國產FPGA的性能實力和市場占有率均與國際先進水平存在明顯差距。

▲國產FPGA技術水平差距

面對強大且分工明確的國際FPGA格局，技術和市場突圍都絕非易事。要縮短這些差距，顯然不能只靠埋頭研發。

首先，高端FPGA必須攻克。畢竟美企壟斷了絕大多數FPGA專利和市場，日本、韓國以及歐洲各國又都沒有先進的FPGA公司，萬一美國再下狠手升級出口管制措施，我國通信業的建設很難避開高端FPGA缺貨的影響。

而要推進技術研發至少需抓住亮點， 一是采用更先進的制程工藝，二是研發創新架構。

制程工藝技術越先進，同等芯片面積包含的晶體管數量越高，可以大幅提升性能和降低功耗，因而國際FPGA頭部廠商已開始采用最先進制程工藝。

但制程工藝越先進，也意味著研發生產成本越來越高，導致先進FPGA研發頗有“曲高和寡”的意味。

當前最先進的國產FPGA還基于28nm工藝，流片成本已經達到近千萬人民幣，而留給國產FPGA的市場份額非常少，如果砸錢攻關更先進制程節點，不能回本的風險很大。因此政府以及更多資本的支持也尤為必要。

另外從賽靈思和英特爾Altera兩家寡頭近年在FPGA領域的布局上，我們可以看到先進FPGA已不再單純依靠制程迭代來達到新的性能目標，未來FPGA進化更多需要依靠芯片架構的創新。巨頭在產品和市場布局上的一些新動向，也為我國FPGA發展方向提供了一定的借鑒價值。

除了改良硬件性能外，配套軟件工具的優化同樣不容忽視。

FPGA之所以偏“小眾”，一個關鍵原因就是編程技術門檻高。FPGA需軟硬件緊密配合才能真正發揮其性能，其編程采用的verilog或VHDL硬件描述語言本身有難度，在加上編程設計時需考慮應用場景的多樣性、復雜性和效率，編譯難度令不少工程師頭疼。

國際主流企業的軟件開發工程師配比已達到50%，而且賽靈思、英特爾Altera都在著力通過軟件優化持續降低FPGA開發門檻。

比如賽靈思去年推出統一軟件平臺Vitis，讓軟件開發者也能高效開發硬件；英特爾則亮出面向異構計算的大招，其oneAPI讓開發者可以跨CPU、GPU、FPGA、ASIC等多種架構進行產品開發。

▲賽靈思統一軟件平臺Vitis面向軟件開發者

而國內企業普遍軟件開發工程師配比偏低，配套軟件和工具也相對缺乏，對上游的EDA等軟件工具以及IP核心依賴程度較高。實現自主替代、提升國內FPGA產業競爭力，顯然也離不開國內生態上下游的共同努力，離不開從EDA與IP核、芯片到應用的完整生態的構建。

一些國內FPGA玩家已在為完善國產FPGA開發生態環境做出努力。例如近日，紫光同創聯合國內FPGA方案提供商芯驛電子（ALINX）共同推出國產入門級FPGA開發套件，開發板加下載器套餐價格低至470元，為初學者及高校學生、研究院所提供了更加低成本的FPGA開發平臺。

還有一個掣肘國內FPGA生態發展的關鍵要素——教育資源和人才的缺乏。有第三方數據統計，美國FPGA工程師有三四十萬，而 中國FPGA工程師僅有兩三萬，約為美國的1/10。

一方面，硬件描述語言編程難度大、教育資源相對稀缺、開發成本高等壁壘，將許多開發者拒在FPGA的門外。另一方面，優秀的FPGA人才通常會集中在頂級FPGA企業，國產FPGA勢力暫時在招攬高端人才上不占優勢。

現有高端人才可以通過優化國內創新創業環境來招攬，但人才缺口的貼補必須通過教育。

由于技術差距已經明顯，短期內很難跟上， 找準市場定位、制定切實可行的產品路線可能對一個企業能否長存更為重要。

5、結語

國產FPGA產業的漫漫突圍路只是中國集成電路產業進化的一個縮影，在動蕩的地緣沖突背景下，關鍵芯片自主可控已成為保持我國信息技術發展速度以及守衛國格的必然選擇。

但真正實現全產業鏈的自主可控絕不可能只靠一個華為海思，需要更多國產芯片廠商未雨綢繆，打造更多可替代國際產品的自主研發芯片。

追趕國際先進芯片水平的道路依然艱辛漫長，但有些事不是因為看到了希望所以堅持，而是咬牙堅持到最后，終見曙光。

我們期待未來國內廠商能交出令人驚喜的答卷，也應給予負重前行的半導體從業者們足夠的敬意與包容。

責任編輯：gt