FPGA 是可以先購買再設計的“萬能”芯片。FPGA （Field-Programmable Gate Array）現場可編程門陣列，是在硅片上預先設計實現的具有可編程特性的集成電路，它能夠按照設計人員的需求配置為指定的電路結構，讓客戶不必依賴由芯片制造商設計和制造的 ASIC 芯片。廣泛應用在原型驗證、通信、汽車電子、工業控制、航空航天、數據中心等領域。

Altera LUT4 架構

技術趨勢：制程迭代驅動 33 年發展，平臺型產品是未來

1985 年賽靈思發明 FPGA 以來，其容量提高了一萬倍以上，速度提高了一百倍以上，價格和能耗縮小了一千倍以上。受到先進制程迭代的推動，FPGA 的架構不斷更新。1985 年，Xilinx 公司推出了全球第一款 FPGA 產品 XC2064，采用 2μm 工藝，包含 64 個邏輯模塊和 85,000 個晶體管，門數量不超過 1000 個。對比 2016 年賽靈思發布的 VIRTEX UltraScale，16nm 制程，系統邏輯單元最高達378 萬個。FPGA 制程迭代在提高算力的同時降低了功耗，減小了芯片面積，推動了 FPGA 的性能提升。 未來，在技術趨勢上，制程迭代+平臺產品將是未來產品發展方向。我們仍然看好先進制程帶給 FPGA 的性能提升，同時新的產品形態（平臺型產品）的出現讓FPGA 性能有了進一步提升的可能。Xilinx 和 Intel 相繼發布 ACAP 和 Agilex 平臺型產品，根據 Xilinx 披露的數據，新的平臺型產品速度超過當前最高速的 FPGA 20倍、比目前最快的 CPU 快 100 倍，該平臺面向數據中心、有線網絡、5G 無線和汽車駕駛輔助應用。產品進展方面，2019 年 6 月 19 日 Versal AI Core 及 Versal Prime系列組件小規模出貨，量產時間預計在 2019 下半年。

技術、專利、人才壁壘高，國產替代迎難而上

FPGA是一個技術壁壘高的行業，有人認為FPGA公司就是半個 IC 設計公司+半個軟件公司，硬件結構復雜且良率低，軟硬協同再提研發難度。FPGA 企業的硬件開發部分屬于典型的 IC 設計企業，與一般 IC設計企業不同的是，由于 FPGA 硬件需要配套 EDA 軟件一起使用，FPGA 公司通常需要自行研發適配自家硬件的 EDA 軟件，因此也算半個 EDA 軟件公司。由于FPGA 版圖及布線復雜，硬件設計難度較大，加之軟件和硬件協同開發，系統工程的難度再升級。 核心專利被頭部公司壟斷，國產廠商披荊斬棘艱難前行，專利有效期結束或帶來轉機。在專利上國外廠商目前占據絕對優勢，Xilinx 和 Altera （Intel）在 FPGA 領域的專利數近 10,000 個，而國產廠商如紫光同創專利數僅約 200 項，相差懸殊。未來隨著部分專利的有效期結束，及國產廠商在新專利上的突破，專利上的壟斷格局或迎來轉機。 半導體產業鏈國產化程度低，硬件自主可控進程難以阻擋，國產當自強。產業鏈角度來看，硬件產業鏈中目前自主可控程度較低，尤其在高端半導體設備和材料領域，未來產業鏈上下游國產替代進程的推進也將助力國產 FPGA 加速發展。 硬件部分上游：EDA+IP。硬件開發用的EDA仍是Cadence、Synopsys及 MentorGraphics，IP來源包括外部授權和內部開發。 硬件部分下游：代工廠+封測。其中代工廠國內廠商主要與臺積電及中芯國際合作，封測主要和日月光等合作。

FPGA 硬件產業鏈 全球 63 億美元市場，Xilinx 與 Intel雙寡頭

FPGA 是集成電路大產業中的小領域，5G 和 AI 為行業增長提供確定性，國產替代疊加行業增長，國產 FPGA 市場騰飛在即。根據 WSTS 的數據，2018 年全球集成電路市場規模達到 4,688 億美元，同期全球 FPGA 市場規模約 63 億美元，僅占集成電路市場約 1.34%。市場雖小，但未來受益于 5G 基礎設施全球布局及 AI技術持續發展，FPGA 行業需求量增長具確定性。行業增長下，國產替代進程將進一步加速國產 FPGA 的增長。根據中國半導體行業協會的數據，2017 年國內FPGA 市場國產率低于 1%，隨著技術突破，國產 FPGA 騰飛在即。

全球 FPGA 市場規模持續攀升，亞太是 FPGA 主要市場，未來產業發展可期。根據 Gartner 的數據，全球 FPGA 市場規模 2019 年達到 69 億美元，2025 年達到 125億美元，未來市場增速穩中有升。亞太區占比達到 42%，是 FPGA 主要市場，中國 FPGA 市場規模約 100 億人民幣，未來隨著中國 5G 部署及 AI 技術發展，國內FPGA 規模有望進一步擴大。

全球 FPGA 市場規模 國外三巨頭占據 90%全球市場，國產廠商暫時落后。FPGA 市場呈現雙寡頭壟斷格局，Xilinx 和 Intel 分別占據全球市場 56%和 31%，在中國 FPGA 市場中，占比也高達 52%和 28%，由于技術、資金、人才上的壁壘及 FPGA 量產帶來的規模經濟，行業領導者地位較為穩定。

全球 FPGA 市場份額按公司分布 國產廠商目前在中國市場占比約 4%，未來隨著國產廠商技術突破，FPGA 領域國產替代或將是百億級的機會，替代空間廣闊。

中國 FPGA 市場份額按公司分布 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。