FPGA概念、应用场景、优势、市场份额及产品进展如何？

FPGA 是一种硬件可重构的集成电路芯片。

FPGA 又称现场可编程门阵列，是在 硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路，用户在使用过程中可以通过 软件重新配置芯片内部的资源实现不同功能。通俗意义上讲，FPGA 芯片类似于 集成电路中的积木，用户可根据各自的需求和想法，将其拼搭成不同的功能、特 性的电路结构，以满足不同场景的应用需求。鉴于上述特性，FPGA 芯片又被称 作“万能”芯片。 FPAG 是协处理器的一种，相比 GPU、ASIC，在具有较频繁的迭代升级周期、 较大的技术不确定性的领域具备独特优势。近年来，随着传统产业的升级迭代、 新兴产业的快速发展，信息数据的规模呈指数级增长，集成电路下游应用场景不 断丰富。而在摩尔定律的发展规则下，现阶段集成电路性能提升速度已无法满足 数据增长对计算性能需求的增长速度。因此在芯片材料等基础技术未取得突破 前，一种有效的解决方法就是采用专用“CPU+协处理器”来提升处理性能。现 有的协处理器主要有 FPGA、GPU 和 ASIC 专用芯片，FPGA 相对于其他两种协 处理器，不仅拥有软件的可编程性和灵活性，还兼具硬件的并行性和低延时性， 在上市周期、成本上也具有优势，因此，在 5G 通信、人工智能等具有较频繁的 迭代升级周期、较大的技术不确定性的领域，FPGA 是较为理想的解决方案。

未来伴随 5G 通信、辅助驾驶、数据中心、AI 等领域对于高速率、超精密技术需 求的不断增长，先进制程 FPGA 市场有望获得更大市场空间。不同 FPGA 工艺节 点对应不同的主流应用场景。目前，28nm 工艺制程 FPGA 主流应用集中在通信 设备（如 5G 通信设施）、工业控制、汽车电子、人工智能、消费电子、高可靠 应用等领域；14/16nm 工艺制程 FPGA 的主流应用领域与前述 28nm 工艺节点 FPGA 应用领域相近，但主要用于上述领域中对接口速度、计算量、功耗等要求 更高的场景。28nm、14/16nm 工艺制程 FPGA 相对于 28nm 以上制程 FPGA， 具有功耗较低、面积较小、计算能力较强等优势。未来，随着 5G 通信设施的全 球部署、汽车辅助驾驶的逐渐成熟、数据中心需求的不断增长、人工智能领域的 拓展开发，以及越来越高速率、超精密的技术要求，28nm、14/16nm 工艺制程 FPGA 将获得更大的市场空间。国际第一大 FPGA 厂商赛灵思将 28nm、20nm、 16nm 及 7nm 制程产品均定义为先进产品（Advanced Products），2022 财年 Q1-Q3，先进产品收入占其总收入的 74%。

FPGA 可满足特种集成电路的高可靠性需求，在特种集成电路领域具备广阔市场 空间。特种集成电路领域主要是指在特殊温度、湿度、压力、安全等环境下的应 用场景，上述场景对芯片的温宽、抗腐蚀能力、封装形式甚至体系架构等具有不 同的输入性要求。首先，FPGA 具有可靠性高的优势，经过特殊处理在特殊环境 中可以适应各种恶劣的条件，例如高温、高压、腐蚀、震动等。其次，采用 FPGA 进行设计可以减小系统设计的复杂度，在电路运行频率越来越高的情况下，采用 FPGA 实现复杂电路功能能够减小板级电路上 PCB 布线不当带来的电磁干扰， 有助于保证电路性能；利用 FPGA 内丰富的逻辑资源，进行片内冗余容错设计， 也是满足高可靠性要求的好方法。最后，FPGA 具有设计修改灵活的特性，有利 于后期根据需要进行灵活调整或扩展功能。因此，FPGA 在特种集成电路领域具 有广阔的市场空间。根据世界第一大 FPGA 厂商赛灵思的财务报告，AIT（航空 航天与国防、工业与检测、测量与仿真）是其最大的业务板块，2022 财年 Q1-Q3 赛灵思收入约 28.25 亿美元，其中 AIT 收入占比为 41%。

FPGA 市场呈现出外资垄断的特征，中国厂商有望实现超行业平均水平的营收增 速。全球 FPAG 主要供应商包括 Xilinx、Intel（Altera）、Microsemi 和 Lattice 等国际芯片设计公司。据 Frost&Sullivan，以出货量统计，2019 年，国际市场 上，Xilinx、Intel（Altera）、Lattice 和 Microsemi 分别占据了 51.7%、33.7%、 5.0%和 4.0%的市场份额；中国市场上，Xilinx、Intel（Altera）、Lattice 和安 路科技分别占据了 36.6%、25.3%、23.2%和 6.0%的市场份额。近年来伴随国 内企业持续加大 FPGA 芯片的研发布局，通过自身技术的突破来满足本土客户的 应用需求，预计中国 FPGA 芯片公司有望实现超行业平均水平的营收增速。

国内 FPGA 产品的迭代周期已基本与国外持平，但在工艺制程、门级规模等方面 与国外产品差距仍存。从工艺制程来看，当前赛灵思是国际 FPGA 产业的龙头， 技术上具有领先地位，其主流制程正在从 28nm 工艺制程的 7 系列转向 16nm 的 Ultrascale+系列，并在 7nm 工艺制程上进行下一代 FPGA 产品的研发。国 内 FPGA 产业基于 28nm 工艺制程的 FPGA 产品已经基本成熟，已开启 14/16nm 工艺制程下 FPGA 产品的研发。从门级规模来看，赛灵思的当前最先进制程产品 于 2020 年推出，采用 7nm 制程，有效门级数可达十亿门级；国内 FPGA 厂商 近年进行了积极的技术追赶，以复旦微电为例，其在国内率先研制成功 28nm 制 程上的亿门级产品，并可提供基于 1xnm FinFET 先进制程的十亿门级产品。从 迭代周期来看，国际上 FPGA 的技术迭代基本上与当前最新工艺保持同步，迭代 周期一般在 24-36 个月；国内 FPGA 起步较晚，且受到半导体加工工艺的限制， 此前迭代周期长于国际领先厂商，通常在 30-40 个月。当前，由于半导体加工极 限即将到来，半导体新工艺研发进度趋缓，国内半导体工艺逐渐缩小了与国际先 进水平的差距，目前国内 FPGA 迭代周期已基本与国际持平。