集成電路被譽為高端制造業的“皇冠明珠”，而在集成電路里，FPGA又被稱為“萬能芯片”，作為可定制的芯片，它的靈活性和高效率是其他類型芯片無法比擬的。多年來，FPGA技術被僅有的幾家大公司所壟斷，但時下，這種狀況正在悄悄改變，國內的公司也在崛起，今天給大家推薦這篇給出了FPGA廠商如何做大拓展新業務的思考，同時盤點了國外國內的十多家老牌和新創FPGA企業。

FPGA：難守一畝三分地

由于傳統的FPGA市場主要分布在通訊、軍工和芯片原型驗證等小規模領域中，因此市場容量相對較小，但開發是使用難度卻不低，因此一直處在一個水聲不大的環境中，即使是占領FPGA市場主份額的Xilinx和Altera（被Intel收購）兩大巨頭日子也不那么好過。如果守著自己的一畝三分地，沒準哪天就有人來攻城略地一番，Achronix就是一個活脫脫例子，所以是要考慮將蛋糕“做大”的時候了。

如何做大？尋找風向標

近些年AI、大數據、物聯網的崛起似乎在給FPGA一些啟示，按照發展歷程來說，自Xilinx在1984年創造出第一款FPGA以來，FPGA就一直扮演著協處理器的角色，是否要沖破該角色，來分享芯片市場、系統市場的一抹甜味兒？顯然已經有了答案。

FPGA（Field Programmable Gate Array）的發展和所有的科學技術都一樣，離不開兩個驅動力，即相關領域各大公司的研發以及各大高校和科研機構的科學研究，在滿足短期實用性輸出的同時，又覆蓋未來長期的技術攻克與突破。

就科研機構來說，FPGA有著自己的圈子，而這個圈子中流行著一個一年一度大會——“FPGA國際研討會”（簡稱ISFPGA），這個從1993年舉辦至今的大會一直是FPGA領域的旗艦級頂會，沒有之一。而在ISFPGA上發表的文章，都代表著FPGA最前沿和最優秀的研究成果，也被業界人士看成是預測FPGA今后發展方向的風向標。

最近的一期ISFPGA會議是在2019年的2月份，在諸多嶄新科研成果的基礎上，集中體現了兩大研究方向，即：

其一：人工智能+，比如FPGA微架構、FPGA編程工具與編程語言，以及FPGA在AI+中的各種應用等。

有二：FPGA的高層次綜合（High-Level Synthesis，HLS），也就是使用高層語言，如C++/OpenCL/Python等，對FPGA進行有效的編程和使用。

Overview of the HeteroCL framework | 圖源：ISFPGA

而從各大公司的角度來說，芯片制造技術難以持續縮進，多核CPU性能的提高越來越艱難。這給FPGA各大廠商帶來了機遇，或間接推動FPGA產業的發展，一些新的形式迸發出來，當然這些形式和科研機構之前的某些預期也是不言而喻的，大多集中在計算加速等新興市場上，Bing加速算是近年來的一個引子，Mac Pro配FPGA加速卡則算是另一個實例。

進軍AI芯片領域，FPGA獨具優勢

AI芯片領域已成紅海，如何定位自己？就目前的發展方向而言，FPGA有兩條路，一條是成為像GPU一樣從某個領域的專用器件轉型成被廣泛使用的“基礎設施”，有很多贊同這個想法聲音，包括Intel。而另一條路則是以靈活、低技術風險的優勢與ASIC一爭高下。

FPGA -> GPU， eFPGA雛形?

近年來，數據量和可訪問度迅速增長，深度學習被業界大為關注，然而只有更好的硬件加速條件，才能滿足現有數據和模型規模繼續擴大的需求。現有的解決方案使用圖形處理單元（GPU）集群作為通用計算圖形處理單元（GPGPU）。而FPGA的高層次綜合又給出了另一種解決方案，能夠在諸如GPU的固定架構之外進行模型優化探究。同時，FPGA在單位能耗下性能更強，這對大規模服務器部署或資源有限的嵌入式應用的研究而言至關重要。

FPGA & ASIC相愛相殺？

“隨著AI算法的進一步成熟固化，AI芯片終會走向ASIC。”這算是一種主流的說法。但AI算法迭代、應用創新的速度將持續很長一段時間，是FPGA發揮其靈活、可應變的大好舞臺，是ASIC定性前的演練佳侶。

國內外形勢

據Research and Markets 預測，從2018年到2023年，FPGA 將是年復合增長率最高的細分市場，數據中心加速器市場預計將從2018年的28.4億美元增長到2023年的211.9億美元，年復合增長率達到49.7%。而這一高速增長的驅動力就來自于計算、網絡、存儲、傳感器處理等企業級工作負載加速應用對 FPGA 的采用。

另據MRFR統計2018年全球FPGA市場規模為60億美元左右，隨著AI+5G的應用逐步展開，其市場規模有望在2025年達到125億美元，年復合增長率為10.22%。其中在亞太地區，尤其是在中國，由于新興基礎建設應用的鋪開，FPGA的復合增長率有望高于其他地區，成為FPGA重要的增量市場。

2013年~2025年全球FPGA市場規模（單位：百萬美元）| 數據來源：MRFR

在市場前景可見的情況下，國內外各大廠商摩拳擦掌，紛紛推出了新產品，并從芯片廠商逐步向系統廠商轉型，以獲取更大的蛋糕。

國際市場

聚焦芯片級設計，探索FPGA在云端、邊緣計算領域的新突破，這是Xilinx和Intel（Altera）這兩家國際巨頭們的正在做的事情。而Microsemi、Lattice、Achronix、QuickLogic Corp等二級市場廠商來說，尋求與各個板級或者系統級解決方案廠商的合作是他們的最佳選擇。

FPGA主要廠商及其市場份額占有率 | 數據來源：MRFR

Xilinx

Xilinx公司成立于 1984年，Xilinx首創了現場可編程邏輯陣列（FPGA）這一創新性的技術，并于1985年首次推出商業化產品，是全球領先的可編程邏輯完整解決方案的供應商，也是目前排名第一的FPGA解決方案提供商。

產品系列包括：

Spartan系列：定位于低端市場，目前最新器件為采用28nm工藝的Spartan7；

Artix系列：定位于低端Spartan和高端Kintex之間的中端市場，目前在售的主流產品為采用28nm工藝的Artix-7；

Kintex系列：定位于高端市場，包含有28nm工藝的Kintex7系列，20nm的Kintex7 Ultrascale系列，還有16nm的Kintex7 Ultrascale+系列；

Virtex系列：定位于高端市場，包含有采用28nm工藝的Virtex7系列，20nm的Virtex7 Ultrascale系列，還有16nm的Virtex7 Ultrascale+系列；

全可編程 SoC 和 MPSoC系列：包括有Zynq-7000和Zynq UltraScale+ MPSoC系列FPGA、內嵌有ARM Cortex系列CPU；

AI Engine系列：Versal ACAP、Alveo系列等。

Intel（Altera）

與Xilinx齊名的FPGA供應商，2015年被CPU屆的大佬Intel收購。

產品系列包括：

MAXII系列：實質上是CPLD；

Cyclone系列：定位于中低端市場，類似于Xilinx 公司的Spartan系列和Artix系列，最新產品為Cyclone10。

Stratix系列：定位于高端市場，與Xilinx的Kintex、Virtex系列競爭，最新產品為Stratix10；

Arria系列：SOC系列FPGA, 內置ARM Cotex A9的核；

Intel Arria 10系列：支持DDR4存儲器接口的FPGA，硬件設計人員可以使用Quartus II 軟件v14.1，在Arria 10 FPGA和SoC設計中實現666 Mbps DDR4存儲器數據速率；

Agilex系列：面向數據中心等高端市場，采用10nm工藝，異構 3D 系統級封裝 (SiP) 技術的一款FPGA產品。

Microsemi

并購了Actel，專注于美國軍工和航空領域，產品為反熔絲結構FPGA和基于Flash的FPGA為主，具有抗輻照和可靠性高的優勢，最近Microsemi又被Microchip（微芯）并購。

產品系列包括：

基于FLASH的通用FPGA系列：包括PolarFire Mid-Range FPGAs、RTG4 Radiation-Tolerant FPGAs、IGLOO2 Low-DensityFPGAs三個高、中、低端系列。

特殊領域應用系列：如基于SOC的Mi-V RISC-V Ecosystem和SmartFusion2 SoC FPGA。

Lattice

CPLD的發明者，著名的可編程邏輯解決方案供應商，僅次于Xilinx和Altera。

產品系列包括：

ECP系列：為Lattice自己的開發的FPGA系列，提供低成本，高密度的FPGA解決方案，而且還有高速Serdes等接口，適用于民品解決方案居多；

ICE系列：為收購SilioncBlue的超低功耗FPGA，曾用在iPhone7里面，實現了FPGA首次在消費類產品中應用；

Mach系列：替代CPLD，實現粘合邏輯的最佳選擇。

QuickLogic Corp

QuickLogicCorporation 誕生于1988年，是一家超低功耗嵌入式現場可編程門陣列 (eFPGA) IP、多核語音識別 SoC、顯示器橋接和可編程序邏輯解決方案開發公司。

eFPGA產品系列包括：采用65nm和40nm工藝的ArcticPro系列和采用GF-22工藝的ArcticPro 2 eFPGA。

Achronix

Achronix 公司作為后起之秀，早期推出了eFPGA IP，但是限于IP產品的變現速度太慢，隨后推出了FPGA芯片，今年5月發布的新品叫Speedater7t。

國內市場

目前國產FPGA還處在起步階段，產品主要是以40nm、55nm為主，國產替代仍是FPGA行業投資主線。如何突破、如何創新一直是困擾國內FPGA公司的難題。做中低端產品，在同樣工藝節點下如何有效地解決芯片成本、性能和功耗問題是關鍵。做高端產品，如何解決產品的可靠性問題以及如何開發高效能的軟件工具是關鍵。問題重重，但不能停止耕耘，還得要生存下去，甚至夢想有一天能超越國際巨頭，而AI、5G的發展也許是一個契機。下面羅列幾個國內主要的FPGA廠商，看看他們都在做些什么？

高云半導體

高云半導體成立于2014年，是以55nm級別以上的FPGA芯片為主導產品的集成電路企業，定位中高端和中等規模的FPGA芯片。高云的IC團隊較為優秀，但Application/IP以及EDA工具還需要進一步強化。

主要產品系列包括：晨熙家族的GW2A-18系列、GW2A-55系列、GW2AR-18系列以及小蜜蜂家族的GW1N系列、GW1NS 系列、GW1NZ系列、GW1NSR系列、GW1NSE安全FPGA產品、GW1NRF系列藍牙FPGA產品。

安路科技

安路科技成立于2011年，是一家提供可編程邏輯器件（FPGA）、可編程系統級芯片、定制化嵌入式eFPGA IP、及相關軟件設計工具和系統解決方案的廠商。

主要產品系列包括：面向高端市場的Phoenix（鳳凰）系列、面向中端市場的Eagle（獵鷹）和面向低端市場的ELF（小精靈）系列。

智多晶

智多晶微電子成立于2012年，是由海外留學生歸國創設的高科技企業是一家提供可編程邏輯電路（FPGA與CPLD）集成電路制造和應用供應商。

主要產品系列包括：Seagull系列CPLD、Seagull128、Seagull256。

紫光同創

紫光同創系紫光集團下屬紫光國微的子公司，從事可編輯邏輯器件（FPGA、CPLD等）研發與銷售工作，主要面向通信、信息安全、AI、數據中心、工業物聯網等領域。

主要產品系列包括：Titan系列的PGT180H和Logos系列的PGL22G兩款。

成都華微

成都華微電子科技有限公司，是國家909工程企業，隸屬于中國電子信息產業集團，由中國華大集成電路設計有限責任公司、成都成電大學科技園有限公司、成都創新風險投資有限公司、成都華微員工團隊四家股東共同投資創辦。

主要產品型號包括：HWD1472 / 14144 / 14288/750L / 4005E / 4010E / 4013E、HWDV100 / 300 / 600、HWD1000 / 2V1000 / 3000 / 6000。

上海復旦微電子

上海復旦微電子集團股份有限公司是國內從事超大規模集成電路設計、開發和提供系統解決方案商，是國內比較少的自主研發FPGA的研究機構。但其產品主要供應軍方，因此具體消息公布較少。

京微齊力

京微雅格實際上有兩條產品線，面向中低端市場的金山系列收購美國CSwitch的產品線，面向高速通信市場的公司。

主要產品型號包括：M7華山系列、HR3純FPGA低功耗系列、M5金山系列、M1衡山系列。

敖格芯

歷經三年多的發展，敖格芯已經積累了5個不同的產品線，分別針對CPLD、LoT、FPGA、FPGA+CPU、SoC市場。

771/772所

目前中國航天航空級FPGA芯片供貨大戶是771、772這兩所，這兩家都有FPGA事業部和流片的生產線。

寫在最后

隨著應用領域的拓寬、開發者生態的豐富，編程語言等高層次綜合的演進，FPGA的形式將愈發多彩，市場將越來越廣泛。

FPGA未來會怎樣？肯定不是簡單的邏輯規模擴大和速度提升。

對于國際巨頭來說，盡早布局云端FPGA生態，著手邊緣計算、搭配其他應用組成兼具靈活度和性能的SoC是他們亟需或已經在做的事情。

對于國內FPGA企業來說，抓住AI+5G的機遇，腳踏實地，通過人才到技術的落實，不斷縮小與巨頭間的差距是首要任務。

審核編輯：劉清