證券時報記者 王一鳴
FPGA（現場可編程門陣列）芯片賽道熱點不斷。
6月2日，AMD發文慶祝首款商用FPGA問世40周年。5月中旬，中科芯磁宣布完成數千萬元戰略投資。4月29日，國內FPGA廠商紫光同創擬開啟IPO。4月18日，英特爾宣布與私募機構銀湖資本達成協議，擬以44.6億美元出售旗下FPGA子公司Altera 51%的股份，Altera的新戰略方向指向由AI驅動的新興高增長市場……
自20世紀80年代誕生以來，FPGA芯片雖然問世時間不長，但憑借“可編程”等獨特優勢，在百花齊放的芯片浪潮中奪得一席之地，應用領域不斷拓展，技術日新月異。
“在當前全球半導體產業格局下，中國市場正展現出獨特的發展潛力。預計未來幾年，中國FPGA市場增速將顯著高于全球平均水平，一方面是國家政策對供應鏈本土化的持續推動；另一方面是邊緣計算、汽車電子等新興產業的快速發展。雖然中國FPGA產業與國際大廠在技術積累上有一定差距，但隨著國產FPGA在制程工藝、工具鏈完善、生態建設等方面的持續突破，中國FPGA產業有望在全球市場中占據更加重要的位置。”安路科技總經理文華武近日在分析行業前景時向證券時報記者表示。
“變色龍”芯片
相較于CPU、GPU，同屬于邏輯芯片的FPGA，較少為外界所知。后者與CPU、GPU最大的不同在于，顛覆性的“現場可編程”和“可重構性”，其可根據不同的應用需求搭建出千變萬化的硬件邏輯。所以，FPGA又被稱為“變色龍”芯片。
“FPGA除了邏輯可實時改變，還有并行處理能力強、延遲小、開發周期短等核心優勢。這使得FPGA被廣泛應用于通信系統、航空航天、視頻圖像處理、高速接口設計、人工智能、工業自動化、汽車電子及數據中心等領域。例如，在5G基站、自動駕駛、航空航天等對響應速度要求苛刻的場景中，FPGA能快速處理傳感器數據并作出決策，確保系統的穩定性和安全性。”北京社科院研究員王鵬向證券時報記者闡述。
在文華武看來，FPGA的高并行架構賦予其高實時性和高帶寬特性，能并行處理多數據流，滿足高效計算需求。并且，FPGA可以根據特定應用的需求進行定制化開發，提供最優的性能和效率，使得FPGA在一些領域如通信、圖像處理等具有更強的競爭力。此外，Time to market（快速上市）也是其一大優勢，相比ASIC等需要長時間設計和制造的專用芯片，FPGA開發周期更短，能夠更快地將產品推向市場。
一位大廠資深芯片工程師告訴證券時報記者，在專業音視頻領域，協議越來越多，對畫質、無損率以及延時的要求越來越高，但CPU或者GPU出廠后很難增加針對這些協議的硬件模塊，用軟件處理對性能影響較大，而FPGA可通過改變自身的邏輯功能，直接生成這些協議和標準的硬件處理模塊。
他還指出，在并行處理上，高清視頻處理的數據量極大，比如，8K視頻單幀像素高達3300萬，每秒60幀時數據量達20億像素，GPU雖可多核渲染，但很難做到這么高像素級并行。FPGA則可以將視頻處理流程分解為多個階段，每個階段設計專門的硬件模塊去處理。并且，FPGA還能保證確定性的延時。
行業龍頭錨定新興領域
從行業規模來看，據多家機構預測，FPGA市場在2025—2030年間有望維持高增長態勢。例如，Mordor Intelligence預測市場將在2025年達到111.4億美元，到2030年增長至187.6億美元，復合年均增長率（CAGR）為10.98%。Grand View Research預計2023—2030年的CAGR為10.8%，市場規模將從2022年的104.6億美元，增長至2030年的233.4億美元；增長主要由電信、數據中心與AI計算、汽車、航空航天等行業驅動。
國內市場前景更為顯著。據中研普華報告的預測，2024年中國FPGA芯片市場規模達249.9億元人民幣，同比增長19.78%，預計2025年將突破332.2億元人民幣，2025—2030年復合年均增長率為22.5%。
行業格局方面，長期以來，FPGA國際市場主要由Xilinx和Altera兩家主導，目前兩者份額超過70%；在國內市場，紫光同創、安路科技、復旦微電、高云半導體、易靈思等本土企業也在穩步擴大市場份額。
事實上，伴隨各類新技術的涌現，FPGA重要性正日益顯現。TrendForce在近期發布的研報中認為，FPGA恰如其分地契合AI、邊緣計算、機器人技術、云平臺及下一代無線網絡等高增長領域的蓬勃需求，展現出巨大的應用潛力。
在此背景下，國內外龍頭均在積極布局。在今年4月銀湖資本成為Altera控股股東后，Altera新任CEO宣稱要將公司打造為“世界第一的FPGA解決方案提供商”。新戰略方向指向邊緣計算和機器人技術等新興市場。同時，公司將繼續深耕傳統優勢領域。
談及未來布局方向，復旦微電高管在今年業績說明會上向證券時報記者表示，隨著人工智能應用需求的增加，FPGA能夠發揮其并行計算、靈活、可編程等技術特點，獲得新的應用空間。公司將繼續豐富FPGA產品系列譜系，滿足人工智能和數字通信對新一代FPGA產品的市場需求。
據文華武介紹，安路科技針對工控、電力、智算、汽車電子等領域，已推出多款高性能FPGA產品，并不斷優化產品性能。同時，公司也在積極探索FPGA在高端圖形處理、智能醫療設備、工業物聯網、低空經濟等新興領域的應用。
如何解決不足？
雖然FPGA具有鮮明的核心優勢，但相較GPU、CPU市場動輒千億美元的市場規模，FPGA為何市場規模不大？哪些因素制約了行業發展？
文華武向證券時報記者解釋，雖然FPGA憑借靈活可編程、快速上市等特性，作為通用解決方案在多個領域得以應用，但它并非所有場景下的最優解。在具體應用領域中，FPGA面臨著性能、功耗以及成本等方面的挑戰。FPGA是需要“芯片+EDA+IP”來實現功能的產品，其生態系統的完善也至關重要，尤其在高端大規模領域，配套EDA工具的發展對FPGA的應用和推廣起了很大作用。
“從成本來看，FPGA芯片的設計和制造工藝復雜，研發成本高，導致其單價相對較高，這在一定程度上限制了其在一些對成本敏感的應用領域的推廣。從功耗來看，FPGA在運行過程中會產生較高的功耗，這對于一些對功耗要求嚴格的設備，如移動終端、物聯網設備等，是一個較大的挑戰。從生態方面來看，FPGA的開發工具和軟件生態系統不夠完善。相比之下，CPU、GPU等擁有成熟的開發工具和豐富的軟件資源，更容易被廣大開發者所接受。”中關村物聯網產業聯盟副秘書長袁帥認為。
如何改善上述問題？相比國際大廠，國內廠商存在哪些差距，如何才能實現追趕？
王鵬分析稱，任何一種半導體產品或技術類型都有先天的優勢與劣勢，關鍵是從業企業如何作為；技術創新和規模效應降成本，研發低功耗技術，完善生態系統和工具鏈等均是FPGA廠商未來可以尋求突破的點。
文華武認為，FPGA芯片行業持續高集中度態勢，中國FPGA產業研發起步晚，在技術積累上有一定差距，目前，國內FPGA公司相較于國外領先廠商的差距主要體現在超大容量FPGA芯片、高層次系統級EDA軟件、高端應用三個方面。對此，安路科技正通過構建全方位服務體系，提升市場競爭力。
長期而言，他提出，國產FPGA廠商應加強與產業鏈上下游企業的協同合作，提升整個產業的競爭力，共建生態，共同推動FPGA產業的發展和壯大。
當FPGA遇上開源
在探討國內半導體、AI廠商如何縮短與國際大廠差距這一話題時，開源是近年來繞不開的話題。
今年年初，以DeepSeek為代表的開源大模型改變了全球AI產業的競爭格局。在芯片領域，RISC-V作為開源、開放的硬件架構，正成為近年來全球芯片產業變革的新引擎。
王鵬認為，對于芯片設計企業而言，開源的特性降低了開發的門檻和成本，使得更多的開發者和企業能夠參與進來，加速技術的迭代和創新，促進標準化和互操作性。同時，開放標準的架構有助于打破傳統廠商的技術壟斷，促進市場競爭，推動行業的發展。
安路科技在今年4月官微推送的《FPGA與RISC-V淺談》中指出，RISC-V的開放模式能夠大幅降低芯片設計的周期和成本，隨著RISC-V商用核心的選擇越來越豐富，RISC-V硬核與FPGA結合的架構也逐步顯現出優勢，兩種單元都具備可配置性和可編程性，為多樣化的算法提供了更靈活、高效的計算方案。
展望未來，文華武指出，隨著邊緣計算、自動駕駛、數據中心等領域的快速發展，對計算性能和靈活性的需求越來越高，FPGA融合RISC-V的架構則為它們提供了高效、靈活的計算平臺，為創新應用的發展提供有力的支持。
事實上，業內對于FPGA的開源探索并不局限于RISC-V。今年3月，美國初創公司Zero ASIC發布全球首個100%開源eFPGA IP產品Platypus。其具備三大特點：采用100%開放和標準化的架構，提供100%開源的比特流格式以及配備100%開源的開發工具。
前述芯片工程師告訴證券時報記者，Platypus的顛覆力在于重構FPGA價值鏈條。通過開源實現技術服務各行各業，既能降低準入門檻，也將擴大行業覆蓋范圍。大幅降低開發及應用成本，該創新生態一旦形成規模，傳統廠商斥巨資打造的護城河可能面臨威脅。
不過，開放生態并非沒有弱點。FPGA芯片大量用于航空航天、通信、醫療、工業控制等關鍵領域，開源勢必存在一定挑戰。“在擁抱開放的同時，行業也必須建立新的安全、標準等共識體系。”該芯片工程師說。
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