集微網(wǎng)消息，在百花齊放的芯片賽道中，從邏輯驗(yàn)證發(fā)展而來的FPGA早已成為處理器芯片家族中的重要一員。

FPGA（Field Programmable Gate Array）即現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，是一種可通過重新編程來實(shí)現(xiàn)用戶所需邏輯電路的半導(dǎo)體器件。與CPU、GPU、ASIC芯片相比，F(xiàn)PGA芯片的底層算法未固化，具有可編程性、高性能、低耗能和靈活性等特點(diǎn)，兼具硬件的并行性和低延時(shí)性，在上市周期和成本上優(yōu)勢明顯。

相比其它賽道，F(xiàn)PGA是個(gè)相對小眾的市場，遠(yuǎn)不及CPU、GPU領(lǐng)域上百億美元的市場規(guī)模。然而，它卻在通信、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用，是重要的人工智能相關(guān)芯片。近年來，隨著AI運(yùn)算、5G通信、異構(gòu)計(jì)算的崛起，F(xiàn)PGA的價(jià)值愈發(fā)凸顯。

FPGA國產(chǎn)化進(jìn)程加速

得益于高度的靈活性和強(qiáng)大的并行處理能力，F(xiàn)PGA可以在云、端、及其中間的全部應(yīng)用中發(fā)揮作用，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Frost&Sullivan統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)PGA全球市場規(guī)模從2016年約43.4億美元增長至2020年的約60.8億美元，年均復(fù)合增長率約為8.8%。隨著全球新一代通信設(shè)備以及人工智能、自動(dòng)駕駛技術(shù)等新興領(lǐng)域需求的不斷增長，預(yù)計(jì)FPGA全球市場規(guī)模將從2021年的68.6億美元增長至2025年的125.8億美元，年均復(fù)合增長率約為16.4%。

相較全球市場，中國市場的成長更加迅速。據(jù)Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，中國FPGA市場從2016年的約65.5億元增長至2020年的約150.3億元，年均復(fù)合增長率約為23.1%。隨著國產(chǎn)替代進(jìn)程的進(jìn)一步加速，預(yù)計(jì)到2025年中國FPGA市場規(guī)模將達(dá)到約332.2億元，2020-2025年CAGR為16.6%。

FPGA是一個(gè)強(qiáng)者通吃很明顯的賽道。我國FPGA市場超過80%的市場份額被國外企業(yè)占據(jù)。從全球市場競爭格局來看，國外FPGA龍頭企業(yè)已高筑技術(shù)和行業(yè)生態(tài)壁壘。2019年，賽靈思和英特爾（Altera）兩家企業(yè)在全球FPGA市場的占有率已高達(dá)86%左右，再加上Lattice和MicroChip合計(jì)9%的市場份額，四家美國公司即占據(jù)了全世界95%以上的FPGA供應(yīng)市場。

雖然FPGA市場基本一直被國外企業(yè)把持，但近年來，已有不少國內(nèi)FPGA企業(yè)開始進(jìn)入一些細(xì)分領(lǐng)域并最終生存下來。以安路科技、紫光同創(chuàng)、復(fù)旦微、成都華微、智多晶為代表的國產(chǎn)FPGA芯片廠商集中發(fā)力，不斷追趕國際先進(jìn)水平。

市場分析認(rèn)為，受國際形勢影響，F(xiàn)PGA芯片已迎來絕佳的國產(chǎn)替代時(shí)機(jī)。

接口IP廠商大顯身手

在FPGA快速發(fā)展的背后，IP產(chǎn)業(yè)作為其產(chǎn)業(yè)鏈的上游支撐環(huán)節(jié)，自然備受矚目。通過使用已驗(yàn)證、可復(fù)用的成熟IP模塊，F(xiàn)PGA芯片設(shè)計(jì)企業(yè)可以將更多資源集中在打造產(chǎn)品核心競爭力上，而不必獨(dú)立開發(fā)一款芯片所需的所有IP。這在提高產(chǎn)品可靠性的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了芯片設(shè)計(jì)成本和研發(fā)周期的大幅降低。

著眼未來發(fā)展，隨著超大規(guī)模芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度的不斷提升，IP及其復(fù)用技術(shù)已成為推動(dòng)設(shè)計(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。如何利用已有技術(shù)積累顯著提升芯片設(shè)計(jì)水平、縮短設(shè)計(jì)周期、縮小設(shè)計(jì)能力與IC工藝能力之間的差距，已成為芯片設(shè)計(jì)的首要課題。對于芯片設(shè)計(jì)公司而言，把經(jīng)過驗(yàn)證的IP集成到SoC系統(tǒng)中，成為了提高效率突破設(shè)計(jì)能力瓶頸的重要路徑。

具體到FPGA芯片而言，工藝制程、門級規(guī)模及SerDes IP速率是當(dāng)前產(chǎn)品性能的核心指標(biāo)。其中，SerDes IP速率對FPGA的實(shí)際性能表現(xiàn)有很大影響，它直接反映了FPGA與外界數(shù)據(jù)交換的能力——SerDes IP速率越高，F(xiàn)PGA芯片的交換能力越強(qiáng)。因此，與之相對應(yīng)的SerDes IP技術(shù)對于FPGA芯片的發(fā)展尤為關(guān)鍵。

那么，目前相關(guān)的接口IP廠商有哪些？SerDes IP研發(fā)進(jìn)展如何？據(jù)IPnest發(fā)布的全球領(lǐng)先IP廠商排名，在第一梯隊(duì)的Synopsys、Cadence、Rambus都是美國廠商，其開發(fā)的SerDes PHY最高速率已達(dá)到112Gbps。

按IP授權(quán)收入計(jì)算，2021年Synopsys以31.2%的市場份額排名第一。事實(shí)上，Synopsys的良好表現(xiàn)與其在接口IP領(lǐng)域的龍頭地位密切相關(guān)——它在約13億美元的接口IP市場占有約55.6%的份額，而高性能SerDes IP是互聯(lián)市場的核心支柱。Synopsys采用的是“一站式IP”戰(zhàn)略，其開發(fā)的SerDes IP支持幾乎所有接口協(xié)議（如USB、PCIE、以太網(wǎng)、SATA、HDMI、MIPI等），且多個(gè)接口協(xié)議的市場份額均長期領(lǐng)先。

成立于2017年的Alphawave排名躍升至第四。IPnest分析指出，這顯示了高性能SerDes IP對于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用這一市場關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力的重要性。據(jù)了解，Alphawave是臺積電、三星和英特爾IFS等頂級晶圓代工廠在7nm、5nm和3nm先進(jìn)制程所需PAM4 112G SerDes IP的主要供應(yīng)商。

反觀國內(nèi)市場，國產(chǎn)接口IP產(chǎn)業(yè)仍處于追趕階段，國內(nèi)真正能給FPGA芯片提供成熟接口IP的企業(yè)可以說是鳳毛麟角。

不過，值得肯定的是，近幾年在國家的大力支持和全行業(yè)的共同努力下，這種競爭格局也正悄然發(fā)生改變。在接口IP領(lǐng)域，國內(nèi)涌現(xiàn)出了眾多企業(yè)，如牛芯半導(dǎo)體、芯動(dòng)科技、芯耀輝、銳成芯微、納能微、橙科微、和芯微、芯思原、燦芯、奎芯等。

其中，牛芯半導(dǎo)體推出的28Gbps SerDes IP是國產(chǎn)14/12nm工藝線上首款超高速、高規(guī)格的SerDes IP 產(chǎn)品，32Gbps SerDes IP預(yù)計(jì)年底開發(fā)完成，助推FPGA芯片實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主可控。

針對FPGA芯片可配置性高、靈活度強(qiáng)以及產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，牛芯半導(dǎo)體的接口IP產(chǎn)品優(yōu)勢顯著，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是支持多協(xié)議、多頻點(diǎn)的SerDes PHY，可兼容國際高端FPGA芯片；二是定制化設(shè)計(jì)服務(wù)滿足適配層靈活切換，多協(xié)議可配的設(shè)計(jì)要求；三是已有積累的工藝節(jié)點(diǎn)豐富，硅驗(yàn)證產(chǎn)品多，IP產(chǎn)品成熟穩(wěn)定；四是針對FPGA芯片規(guī)模大的特點(diǎn)，提供多可選位寬、多通道級聯(lián)、高速信號完整性分析等解決方案等定制服務(wù)，易于FPGA芯片廠商實(shí)現(xiàn)集成。

雖然近年來國產(chǎn)接口IP產(chǎn)業(yè)成績喜人，但對國內(nèi)廠商而言挑戰(zhàn)仍然巨大：一是如何把握國內(nèi)FPGA芯片企業(yè)的真實(shí)需求；二是如何提升接口IP產(chǎn)品的兼容性。積極應(yīng)對并攻克這些挑戰(zhàn)，對未來國產(chǎn)接口IP產(chǎn)業(yè)逐步接近乃至趕超國際先進(jìn)水平、實(shí)現(xiàn)長久可持續(xù)發(fā)展，是至關(guān)重要的。

對此，擁有服務(wù)多家國內(nèi)FPGA芯片企業(yè)經(jīng)驗(yàn)的牛芯半導(dǎo)體已做好了充分準(zhǔn)備，將憑借其多年積累的芯片設(shè)計(jì)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，比對手更快地在關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)上推出有競爭力的SerDes和DDR IP產(chǎn)品。

如今，F(xiàn)PGA市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，國產(chǎn)化替代趨勢更加顯著，作為芯片標(biāo)配的SerDes IP需求日益旺盛，在這股浪潮之中，以牛芯半導(dǎo)體為代表的國產(chǎn)IP廠商也將迎來高光時(shí)刻。

編輯：黃飛

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