国产FPGA突围高端市场，技术突破与生态布局双驱动

比起出货量动辄几十亿、市场规模达千亿美元的CPU和GPU，FPGA显得有些“小众”——其全球市场规模仅仅百亿美元。

但在国产芯片自主化的征程上，这颗看似不起眼的芯片却分量十足，时常成为大众讨论的焦点。

01FPGA，必争之地

今年，是首款商用现场FPGA诞生40周年。当时，它首次引入了可重复编程硬件的理念。通过创造“像软件一样灵活的硬件”，FPGA的可重编程逻辑彻底改变了半导体设计的面貌。

FPGA主要有三大特点：可编程灵活性高、开发周期短及并行计算。

首先，与ASIC的全定制电路不同，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的逻辑功能。另外，编程可以反复，不像ASIC设计后固化不能修改。因此，FPGA的灵活性也较高。

其次，ASIC制造流程包括逻辑实现、布线处理和流片等多个步骤，而FPGA无需布线、掩模和定制流片等，芯片开发流程简化。传统的ASIC和SoC设计周期平均是14个月到24个月，用FPGA进行开发时间可以平均降低55%。全球FPGA第一大厂商Xilinx认为，更快比更便宜重要，产品晚上市六个月5年内将少33%的利润，每晚四周等于损失14%的市场份额。

最后，FPGA属于并行计算，一次可执行多个指令算法。而传统的ASIC、DSP、CPU都是串行计算，一次只能处理一个指令集。因此在部分特殊任务中，FPGA的并行计算效率比串行计算效率更高。

FPGA的走红并非单点突破，而是移动通信、人工智能、工业互联网三次技术革命共同作用的结果。

5G商用化成为第一个爆发点。5G网络需要处理的信道数量是4G的10倍以上，且需支持灵活的带宽调整与多制式兼容。使用FPGA实现基站基带处理，可以明显缩短研发周期，并显著降低早期部署成本。

AI边缘计算的兴起让FPGA再上台阶。云端训练依赖GPU的大规模并行计算，但边缘端的实时推理更看重低延迟与低功耗。比如，FPGA尤其适合在智能摄像头和传感器等物联网设备中进行AI推理加速。

工业数字化转型则打开了长期增长空间。工业机器人、智能传感器等设备需要处理大量非标数据，且对可靠性要求苛刻。FPGA的抗辐射、宽温特性使其成为工业控制的理想选择。

02高端FPGA，挤满头部公司

FPGA的市场版图上，美国企业的强势地位早已刻入行业基因。Xilinx与Altera筑起双头垄断高墙，Lattice和Microchip紧随其后瓜分地盘，四家合计吞下超90%的市场蛋糕。

国内市场中，紫光国微、复旦微电、安路科技三家上市企业构成第一梯队，在赛道上奋力追赶。

从通信设备到高清视频处理，从数据中心到工业控制，高性能FPGA是绕不开的关键节点。它既是能灵活重构的"万能控制器"，更是拿捏系统效率、数据吞吐、安全隔离的"咽喉要道"。

然而，从具体FPGA产品分类中，中高端市场几乎仍是国际巨头的专属领地，国产方案始终缺少能正面抗衡的"硬核力量"。

那么中高端FPGA的评判标准有哪些？国际厂商进展如何？

工艺制程是区分各代FPGA的标准，也是评价FPGA首先要考虑的指标。FPGA作为数字芯片的一种，本身遵循摩尔定律，平均每2-3年推出新一代产品。采用更先进的制程能降低功耗、缩小芯片尺寸并降低单片成本，使得新一代FPGA性能通常优于上一代。因此，评价FPGA首先要考虑其制程。

目前Xilinx最先进的产品“Versal”，采用台积电7nm FinFET工艺。

Altera的Agilex 3系列FPGA基于英特尔7nm工艺。

逻辑单元数代表FPGA的基础容量，是目前评价FPGA基础容量的统一指标。FPGA的最小功能单元被称为基础逻辑单元，包含一个LUT和一个寄存器。FPGA实现可编程的基础是LUT，本身可实现组合电路，配合寄存器可以完成时序电路，即一个逻辑单元拥有完成所有数字电路功能的能力。所以，逻辑单元数量越多，FPGA容量越大，能构造的电路就越大型、越复杂。大容量FPGA直接体现厂商的技术能力。因为大型FPGA的逻辑单元数基本在1kk以上，当逻辑单元数超过1kk时，需要对包含LUT、CLB、互联在内的FPGA架构进行更改，否则功耗和时延会直接飙高。此外，还需要配套的EDA工具设计流程及布局布线算法迭代。目前，全球排名前五名的FPGA厂商中，只有Xilinx和Altera两家有能力持续提供大容量的FPGA产品线。

目前全球容量最大的FPGA为AMD在2024年6月推出的VP1902（VersalPremium），逻辑单元数高达18,507k（18kk）。

今年4月Altera宣布Agilex7 M系列FPGA正式量产出货。作为业界首款集成高带宽存储器（HBM2E）并支持DDR5/LPDDR5技术的高端FPGA，该产品以1TB/s总内存带宽和380万（3.8kk）逻辑单元的核心配置，为AI推理、5G通信、8K视频处理等场景提供颠覆性算力支持。

从制程上看，目前国产FPGA最先进制程在14/16nm。

在容量方面，中国厂商的低容量FPGA技术已发展较为成熟。低容量FPGA指逻辑单元在100k以下的FPGA产品。实际上，大部分低容量FPGA的逻辑单元在10k以内，主要用在消费电子领域，例如LED显示、桥接等，以及部分预留或者功能拓展的场景。目前，本土的低容量FPGA制程主要集中在55nm、40nm和28nm这三个节点，大部分在2019年及之前推出，往往是本土FPGA厂商的第一代产品。

例如，紫光同创的Logos系列在2017年推出，为40nm的低功耗、低成本FPGA，逻辑单元在12-102k之间；安路科技的55nm的Eagle4在2016年推出，逻辑单元20k，主要用于伺服控制、高速图像接口转换的领域；高云半导体的55nm的FPGA小蜜蜂（LittleBee）在2016年推出，是公司第一代产品，逻辑单元数在1-8k。

在28nm的中低容量市场，中国FPGA厂商也已经具备成熟的产品。中容量FPGA主要指逻辑单元在100k-500k的FPGA，主要应用集中在无线通信的空口侧、工业、汽车、A&D领域，中容量市场不追求最高的性能，性能和功耗同等重要，对成本亦有一定要求。比如紫光同创、安路科技、智多晶均在2020年推出了28nm的FPGA产品，主要对标Xilinx的7系列产品等。

此外还有部分厂商推出22nm的FPGA，以实现对应部分28nm的中低容量FPGA。比如高云在2024年9月推出的Aurora V，是其22nm的FPGA产品，逻辑单元数为138k。

目前，高容量FPGA是国产化的难点。

03高端FPGA，是重要机遇

全球高端FPGA市场主要由赛灵思和Altera占据，代表产品包括赛灵思7nm的ACAP Versal、16nm的Virtex Ultrascale+，以及Altera 10nm（Intel 7）的Stratix 10和Agilex。这些产品价格高昂代表了当前FPGA在性能、密度与集成度上的最高水平。

而高端FPGA不仅是利润与竞争力的核心载体，也是技术迭代的需要。

一方面，低端市场因门槛较低，企业扎堆竞争导致利润空间被压缩，且难以形成稳定优势。而高端市场凭借高附加值成为厂商的“主战场”，以Altera为例，其高端Stratix系列收入占比超过五成，这种结构性的利润分布，决定了企业若想在行业中占据主导地位，必须在高端领域有所突破。同时，高端产品的技术壁垒能有效阻挡新进入者，为企业构建长期竞争优势提供支撑。

另一方面，高端FPGA是适配新兴产业升级的“刚需”。随着5G通信、人工智能、自动驾驶等领域的快速发展，对芯片的性能、集成度和灵活性提出了更高要求。高端FPGA采用20nm及更先进制程，逻辑单元数突破百万级，集成CPU、高速接口等异构组件，能满足高频数据处理、复杂场景协同计算等需求，而这些都是低端产品难以企及的。

国产FPGA距离高端市场仍有差距，但国内相关企业已初步迈入这一领域。

制程层面，当前FPGA正加速向16nm及更先进节点迁移，技术代差带来的竞争优势愈发明显。国内FPGA公司已有16nm及以下相关成果落地。易灵思于2020年7月推出16nm FPGA钛金系列，最高逻辑单元数达176k，成为国产FPGA在16nm领域的首发产品。紫光国微正式新闻显示，紫光同创已启动14nm亿门级高端FPGA的研发工作。复旦微电于2024年开启14/16nm产品研发，2024年其1xnm制程的十亿门级FPGA完成小批量试制，进入用户试用阶段，并实现小规模销售。

500K以上高容量FPGA仍是国产化的难点。复旦微电的28nm亿门级FPGA为国内首款，含约700K逻辑单元，集成SerDes（最高13.1Gbps）、DDR4、硬核ARM及AI加速模块，对标Xilinx Zynq系列，应用于通信核心网、医疗设备、车规电子等领域。

无锡中微忆芯专业从事高性能FPGA研发，产品包括YX5F200T等，应用于工业控制和宇航领域；2024年16nm FPGA试产成功，逻辑单元密度达500K。

FPGA的国产化，是一场需要稳步推进的攻坚。作为数字硬件领域的重要一环，它在国产化进程中的分量，并不因市场规模小于CPU、GPU而减弱。