FPGA概念、應用場景、優勢、市場份額及產品進展如何？

FPGA 是一種硬件可重構的集成電路芯片。

FPGA 又稱現場可編程門陣列，是在 硅片上預先設計實現的具有可編程特性的集成電路，用戶在使用過程中可以通過 軟件重新配置芯片內部的資源實現不同功能。通俗意義上講，FPGA 芯片類似于 集成電路中的積木，用戶可根據各自的需求和想法，將其拼搭成不同的功能、特 性的電路結構，以滿足不同場景的應用需求。鑒于上述特性，FPGA 芯片又被稱 作“萬能”芯片。 FPAG 是協處理器的一種，相比 GPU、ASIC，在具有較頻繁的迭代升級周期、 較大的技術不確定性的領域具備獨特優勢。近年來，隨著傳統產業的升級迭代、 新興產業的快速發展，信息數據的規模呈指數級增長，集成電路下游應用場景不 斷豐富。而在摩爾定律的發展規則下，現階段集成電路性能提升速度已無法滿足 數據增長對計算性能需求的增長速度。因此在芯片材料等基礎技術未取得突破 前，一種有效的解決方法就是采用專用“CPU+協處理器”來提升處理性能?，F 有的協處理器主要有 FPGA、GPU 和 ASIC 專用芯片，FPGA 相對于其他兩種協 處理器，不僅擁有軟件的可編程性和靈活性，還兼具硬件的并行性和低延時性， 在上市周期、成本上也具有優勢，因此，在 5G 通信、人工智能等具有較頻繁的 迭代升級周期、較大的技術不確定性的領域，FPGA 是較為理想的解決方案。

未來伴隨 5G 通信、輔助駕駛、數據中心、AI 等領域對于高速率、超精密技術需 求的不斷增長，先進制程 FPGA 市場有望獲得更大市場空間。不同 FPGA 工藝節 點對應不同的主流應用場景。目前，28nm 工藝制程 FPGA 主流應用集中在通信 設備（如 5G 通信設施）、工業控制、汽車電子、人工智能、消費電子、高可靠 應用等領域；14/16nm 工藝制程 FPGA 的主流應用領域與前述 28nm 工藝節點 FPGA 應用領域相近，但主要用于上述領域中對接口速度、計算量、功耗等要求 更高的場景。28nm、14/16nm 工藝制程 FPGA 相對于 28nm 以上制程 FPGA， 具有功耗較低、面積較小、計算能力較強等優勢。未來，隨著 5G 通信設施的全 球部署、汽車輔助駕駛的逐漸成熟、數據中心需求的不斷增長、人工智能領域的 拓展開發，以及越來越高速率、超精密的技術要求，28nm、14/16nm 工藝制程 FPGA 將獲得更大的市場空間。國際第一大 FPGA 廠商賽靈思將 28nm、20nm、 16nm 及 7nm 制程產品均定義為先進產品（Advanced Products），2022 財年 Q1-Q3，先進產品收入占其總收入的 74%。

FPGA 可滿足特種集成電路的高可靠性需求，在特種集成電路領域具備廣闊市場 空間。特種集成電路領域主要是指在特殊溫度、濕度、壓力、安全等環境下的應 用場景，上述場景對芯片的溫寬、抗腐蝕能力、封裝形式甚至體系架構等具有不 同的輸入性要求。首先，FPGA 具有可靠性高的優勢，經過特殊處理在特殊環境 中可以適應各種惡劣的條件，例如高溫、高壓、腐蝕、震動等。其次，采用 FPGA 進行設計可以減小系統設計的復雜度，在電路運行頻率越來越高的情況下，采用 FPGA 實現復雜電路功能能夠減小板級電路上 PCB 布線不當帶來的電磁干擾， 有助于保證電路性能；利用 FPGA 內豐富的邏輯資源，進行片內冗余容錯設計， 也是滿足高可靠性要求的好方法。最后，FPGA 具有設計修改靈活的特性，有利 于后期根據需要進行靈活調整或擴展功能。因此，FPGA 在特種集成電路領域具 有廣闊的市場空間。根據世界第一大 FPGA 廠商賽靈思的財務報告，AIT（航空 航天與國防、工業與檢測、測量與仿真）是其最大的業務板塊，2022 財年 Q1-Q3 賽靈思收入約 28.25 億美元，其中 AIT 收入占比為 41%。

FPGA 市場呈現出外資壟斷的特征，中國廠商有望實現超行業平均水平的營收增 速。全球 FPAG 主要供應商包括 Xilinx、Intel（Altera）、Microsemi 和 Lattice 等國際芯片設計公司。據 Frost&Sullivan，以出貨量統計，2019 年，國際市場 上，Xilinx、Intel（Altera）、Lattice 和 Microsemi 分別占據了 51.7%、33.7%、 5.0%和 4.0%的市場份額；中國市場上，Xilinx、Intel（Altera）、Lattice 和安 路科技分別占據了 36.6%、25.3%、23.2%和 6.0%的市場份額。近年來伴隨國 內企業持續加大 FPGA 芯片的研發布局，通過自身技術的突破來滿足本土客戶的 應用需求，預計中國 FPGA 芯片公司有望實現超行業平均水平的營收增速。

國內 FPGA 產品的迭代周期已基本與國外持平，但在工藝制程、門級規模等方面 與國外產品差距仍存。從工藝制程來看，當前賽靈思是國際 FPGA 產業的龍頭， 技術上具有領先地位，其主流制程正在從 28nm 工藝制程的 7 系列轉向 16nm 的 Ultrascale+系列，并在 7nm 工藝制程上進行下一代 FPGA 產品的研發。國 內 FPGA 產業基于 28nm 工藝制程的 FPGA 產品已經基本成熟，已開啟 14/16nm 工藝制程下 FPGA 產品的研發。從門級規模來看，賽靈思的當前最先進制程產品 于 2020 年推出，采用 7nm 制程，有效門級數可達十億門級；國內 FPGA 廠商 近年進行了積極的技術追趕，以復旦微電為例，其在國內率先研制成功 28nm 制 程上的億門級產品，并可提供基于 1xnm FinFET 先進制程的十億門級產品。從 迭代周期來看，國際上 FPGA 的技術迭代基本上與當前最新工藝保持同步，迭代 周期一般在 24-36 個月；國內 FPGA 起步較晚，且受到半導體加工工藝的限制， 此前迭代周期長于國際領先廠商，通常在 30-40 個月。當前，由于半導體加工極 限即將到來，半導體新工藝研發進度趨緩，國內半導體工藝逐漸縮小了與國際先 進水平的差距，目前國內 FPGA 迭代周期已基本與國際持平。