从逻辑验证发展起来的FPGA，早已经成为处理器芯片家族中的重要一员，在通信、数据中心、工业领域中发挥着不可替代的作用，虽然没有CPU、GPU领域上百亿美元的市场规模，但其实力依然不可小觑。近年来，由于AI、5G、异构计算的崛起，FPGA的价值更是得到了的显著提升。
国内FPGA市场也在新一波技术浪潮的驱动下迅速扩张，推动国内FPGA企业不断提升技术实力，完善产品布局，在更多细分领域取得突破。
市场状况
FPGA是一种很特殊的芯片，可由电路进行编程，通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能。与全定制的ASIC（Application Specific Integrated Circuit专用集成电路）不同，FPGA属于半定制电路。理论上，如果FPGA提供的门电路规模足够大，通过编程可以实现任意ASIC和DSP（数字信号处理器）的逻辑功能。
得益于高度的灵活性和强大的并行处理能力，FPGA可以在云、端、及其中间的全部应用中发挥作用，因此市场规模不断扩大。根据市场调研机构Frost&Sullivan的统计，FPGA全球市场规模从2016年的约43.4亿美元增长至2020年约60.8亿美元，年均复合增长率约为8.8%。随着全球新一代通信设备以及人工智能与自动驾驶技术等新兴市场领域需求的不断增长，预计全球FPGA市场规模将从2021年的68.6亿美元增长至2025年的125.8亿美元，年均复合增长率约为16.4%。
相对于全球市场，中国市场的成长速度更快。据Frost&Sullivan数据，中国FPGA市场从2016年的约65.5亿元增长至2020年的约150.3亿元，年均复合增长率约为23.1%。随着国产替代进程的进一步加速，预计到2025年中国FPGA市场规模将达到约332.2亿元。
国产FPGA从90年代开始起步，是处理器芯片中最先国产化的品类，主要应用于IC设计的产品验证环节，以及一些多品类、小用量的各种领域，所以更容易从下游客户端突破。以消费电子市场为基础，国产FPGA如今正快速进入工业、通信和汽车市场，主打产品也逐渐从中低端向高端产品过渡。
6大应用的牵引
集微咨询（JW Insights）认为，FPGA在灵活性、性能、功耗、成本之间具有较好的平衡性，以下6大应用方向将成为其主要的成长驱动力。
1 网络通信
网络通信是FPGA最主要的应用市场。5G时代对基站射频芯片，在连接速度、延时、连接密度、频谱带宽的要求更高，加上宏微基站的数量也较4G有一定的增量，单基站FPGA芯片用量将从4G网络的2-3块上升至5G网络的4-5块，拉动FPGA的量价齐升。据Frost&Sullivan数据，2020年应用于该领域的FPGA芯片中国销售额将达到62.1亿元，占中国FPGA芯片市场份额的41.3%，2021 年至2025 年年均复合增长率将达到17.5%。
2 工业自动化
在工业应用中，FPGA可取代ASIC技术，提供更具成本有效性的解决方案。比如，FPGA可作为通信协处理器负责连接到以太网的工作，灵活的解决方案可以通过一个硬件平台支持多种协议；用FPGA控制电机，通过它的嵌入式处理器，实时特性和数字编码器轻松实现。据Frost&Sullivan数据，2020年应用于该领域的FPGA芯片中国市场销售额将达到47.4亿元，占中国FPGA芯片市场份额的31.5%，2021 年至2025年年均复合增长率将达到16.1%。
3 数据中心
服务器和存储器作为数据中心的通用基础设备，为了应对复杂多变的应用情景，需要FPGA实现逻辑控制、数据转换、功能扩展、系统升级等功能。据Frost&Sullivan 数据显示，2020年应用于该领域的FPGA芯片中国销售额将达到16.1 亿元，占中国 FPGA芯片市场份额的10.7%，2021年至2025年年均复合增长率将达到16.6%。
4 汽车电子
汽车电子行业对FPGA的需求主要来自于对多传感器采集的数据进行处理，需要能够满足灵活I/O 接口和高数据速率要求的FPGA进行支撑。随着汽车自动驾驶水平从Level 2逐步演进到Level 5，对环境进行感知的传感器数量将激增，需要更多的通信接口和高数据带宽，将给FPGA提供广阔的市场空间。据Frost&Sullivan数据显示，2020年应用于该领域的FPGA芯片中国市场销售额将达到9.5亿元，占中国FPGA芯片市场份额的6.3%， 2021年至2025年年均复合增长率将达到22.7%。
5 消费电子
国产FPGA在5G领域最大的机会在用户端消费电子领域，尤其在各式各样的音、视频转换接口，以及各式各样的通信协议转换接口领域。究其原因还是FPGA芯片可编程，多I/O的特点非常适合各类转换接口的设计。据Frost&Sullivan 数据显示，2020年应用于该领域的 FPGA芯片中国销售额将达到9.4亿元，占中国FPGA芯片市场份额的6.3%，2021年至2025 年年均复合增长率将达到13.0%。
6人工智能
人工智能应用场景对终端设备推断能力的要求高，基于CPU的传统计算架构无法充分满足人工智能高性能并行计算的需求，而这正是低功耗、可采用异构计算、开发周期短、编程灵活的FPGA所擅长。据Frost&Sullivan 数据显示，2020 年应用于该领域的FPGA芯片中国销售额将达到5.8亿元，占中国FPGA芯片市场份额的3.9%，2021 年至2025年年均复合增长率将达到16.9%。
要挑战高端还需应对重重挑战
国产FPGA正在由中低端向高端前进，但这个过程将面临诸多复杂挑战。
首先，FPGA的开发具有很高的门槛。具体来说，FPGA布局布线复杂，所需的硬件结构繁琐且良率低，编程设计时还需考虑应用场景的多样性、复杂性和效率。同时，可编辑的特点使其需要与EDA 配套软件部分一起使用，因此FPGA 公司不仅需要精专于 IC 设计，更需拥有自主研发适用于硬件部分EDA软件的能力。目前国内FPGA原厂大规模EDA工具集中于100k逻辑规模，一旦超过350k，EDA的算法复杂度将呈指数型增长，对于每家原厂来说都是较大的挑战。
其次，在生产加工方面，从晶圆代工到封测，国内产业基础仍比有欠缺。国内大部分产品出货都集中在40nm、55nm工艺，与国外主流产品仍有2代左右的工艺差距。
最后，FPGA的高端人才大多聚集在北美地区，国内人才缺失也是一大问题。
不过更要关注的是国产FPGA进步之神速。因为从2017年开始，国产FPGA才正式迈入发展关键阶段（从反向设计向正向设计全面过渡），开始逐渐得到国内客户的认可。
近几年随着国产替代的机遇来临，国产FPGA取得了长足的进步。根据公开信息，复旦微电于2018年第二季度推出28nm工艺制程的亿门级FPGA产品，后于2019年正式销售，目前已开启14/16nm工艺制程的10亿门级FPGA产品的研发进程，预计2021~2022年进行产品流片，于2023年实现产品量产。紫光同创于2020年初发布了28nm工艺制程的千万门级FPGA产品，安路科技同样于2020年推出28nm制程的FPGA产品。
鉴于国内FPGA公司都在相关领域有了长期的积累，并且在一些重点领域取得实质性的突破，集微咨询（JW Insights）认为国内厂商不应一味追求先进工艺的采用，而应该将注意力更多放在客户的具体需求上，在某些关键指标上与国际大厂形成差异化设计，比如优化内核架构，集成一些专属功能的IP，或是开发出更具性价比的封装形式。
同时，国产FPGA还要进一步加大在细分市场的投入，并联合更多产业链的合作伙伴，完善生态环境的建设，这样才能抓住新兴市场的机遇，获得更强的竞争力。（校对/Andrew）