FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片基于可编程器件（PAL、GAL）发展而来，是半定制化、可编程的集成电路。因此FPGA素来有“万能芯片”美誉。
相比被固化不能修改的专用芯片（ASIC），FPGA因其可根据不同场景重新编程的特点，有灵活性高、开发周期短、小批量成本低的优势，能更快的应用市场需求变化。
对比CPU、GPU等通用芯片，FPGA并行计算效率更高、计算速度更快，功耗和延时更低。无论是传统的航空航天、通信、工业、消费电子等应用，还是新兴的AI、5G通信、工业互联网、自动驾驶、云计算、边缘计算、物联网市场，对FPGA的需求均在持续走高。
|
国外芯片厂商 |
赛灵思（xilinx） |
英特尔(intel) |
莱迪思（Lattice） |
|
主要产品 |
最高端Virtex 顶尖Kintex 性价比Artix 低成本Spartan |
高端的Stratix 中端的Arria 低端的Cyclone |
高端的 LatticeSC/M 低端的 LatticeECP2 |
从90年代起，中国学术界亦开始探索FPGA技术，复旦大学、中科院均为重要力量。到2010年后，安路科技、西安智多晶、紫光同创、广东高云等我国知名FPGA企业先后成立。在探索FPGA的历程中，我国逐渐从反向设计阶段走向正向设计，国内对FPGA的应用需求也在增长。但时至今日，国产厂商在全球FPGA代表玩家中依然排不上号。
FPGA是一个技术壁垒高的行业，半个IC设计公司+半个软件公司，硬件结构复杂且良率低，软硬协同再提研发难度。FPGA企业的硬件开发部分属于典型的 IC 设计企业，与一般 IC 设计企业不同的是，由于FPGA硬件需要配套EDA软件一起使用，FPGA 公司通 常需要自行研发适配自家硬件的EDA软件，因此也算半个EDA软件公司。由于FPGA版图及布线复杂，硬件设计难度较大，加之软件和硬件协同开发，系统工 程的难度再升级。
核心专利被头部公司垄断，国产厂商披荆斩棘艰难前行，专利有效期结束或带来 转机。在专利上国外厂商目前占据绝对优势，Xilinx和Altera在FPGA领域的专利数近10,000个，而国产厂商如紫光同创专利数仅约200项，相差悬殊。未来随着部分专利的有效期结束，及国产厂商在新专利上的突破，专利上的垄断格局或 迎来转机。
半导体产业链国产化程度低，硬件自主可控进程难以阻挡，国产当自强。产业链 角度来看，硬件产业链中目前自主可控程度较低，尤其在高端半导体设备和材料领域，未来产业链上下游国产替代进程的推进也将助力国产FPGA加速发展。硬件部分上游：EDA+IP。硬件开发用的EDA仍是Cadence、Synopsys 及Mentor Graphics，IP来源包括外部授权和内部开发。 硬件部分下游：代工厂+封测。其中代工厂国内厂商主要与台积电及中芯国际合作，封测主要和日月光等合作。
国内8家FPGA厂商介绍
我国主要FPGA芯片企业及其FPGA产品
差距、现状与未来
可以看到，尽管我国FPGA企业正在发力中，但客观上，现有国产FPGA的性能实力和市场占有率均与国际先进水平存在明显差距。
国产FPGA起步较晚，加之国外企业在技术和专利方面的壁垒，国内在整个FPGA产业链上与国外差距依然非常大，包括在技术积累、专利数量、人才储备、制程工艺、逻辑规模、性能指标、生产和供应链能力、研发投入、生态和行业整合能力等多个方面。
1.制程工艺与创新架构
推进技术研发至少需抓住两点，一是采用更先进的制程工艺，二是研发创新架构。制程工艺技术越先进，同等芯片面积包含的晶体管数量越高，可以大幅提升性能和降低功耗，因而国际FPGA头部厂商已开始采用最先进制程工艺。当前我国主流的国产FPGA产品多采用55nm及40nm制程工艺，最先进FPGA制程尚在28nm，与已达到7nm的国际先进水准相比，落后国外先进工艺两代，最大逻辑规模不足海外产品的十分之一(50万VS 500万)，尤其是最重要的软件开发上还有很大差距。但乐观来看，我国FPGA玩家已开始加速奔跑，一方面追赶高端FPGA，另一方面在部分民用中低端市场已具备替代国际FPGA产品的实力。
2.研发配套软件，共建生态圈
除了改良硬件性能外，配套软件工具的优化同样不容忽视。FPGA之所以偏“小众”，一个关键原因就是编程技术门槛高。FPGA需软硬件紧密配合才能真正发挥其性能，其编程采用的verilog或VHDL硬件描述语言本身有难度，在加上编程设计时需考虑应用场景的多样性、复杂性和效率，编译难度令不少工程师头疼。而国内企业普遍软件开发工程师配比偏低，配套软件和工具也相对缺乏，对上游的EDA等软件工具以及IP核心依赖程度较高。实现自主替代、提升国内FPGA产业竞争力，显然也离不开国内生态上下游的共同努力，离不开从EDA与IP核、芯片到应用的完整生态的构建。
3.国家政策扶持与人才引进培养
无论是采用更先进制程节点，还是创新产品的研发、生产等都要花费大量的资源跟金钱，不能回本的风险很大。因此政府以及更多资本的支持也尤为必要。教育资源和人才的缺乏也是掣肘国内FPGA生态发展的关键要素之一。有第三方数据统计，美国FPGA工程师有三四十万，而中国FPGA工程师仅有两三万，约为美国的1/10。
结语：
对于国内FPGA企业而言，首要任务是提升产品性能、稳定性及易用性等，不断地加快产品迭代速度，只有这样才能逐步缩小差距。
追赶国际先进芯片水平的道路依然艰辛漫长，但有些事不是因为看到了希望所以坚持，而是咬牙坚持到最后，终见曙光。
发布者：全栈程序员-站长，转载请注明出处：https://javaforall.net/177806.html原文链接：https://javaforall.net
