FPGA門檻之高在芯片行業(yè)里無出其右，幾十年來全球有60多家公司先后斥資數(shù)十億美元，前赴后繼地嘗試登頂FPGA高地，其中不乏英特爾、IBM、德州儀器、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星這樣的行業(yè)巨鱷，但是最終登頂成功的只有位于美國硅谷的四家公司：Xilinx、Altera（2015年被英特爾收購）、Lattice、Microsemi（接近被Microchip收購，已完成了美國的反壟斷審查，等待中國商務(wù)部的批準(zhǔn)中）。其中，Xilinx與Altera這兩家公司共占有近90%的市場份額，專利達(dá)到6000余項之多，如果算上Lattice和Microsemi，這個數(shù)字將達(dá)到10000以上，如此之多的技術(shù)專利構(gòu)成的技術(shù)壁壘注定高不可攀。
出于國家經(jīng)濟發(fā)展和國防安全考慮，中國政府多年來投入了數(shù)百億科研經(jīng)費，通過逆向工程方式仿制美國對我禁運的FPGA產(chǎn)品，從而積累了一定的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，形成了以正向設(shè)計為主的開發(fā)方式。在軍工航天領(lǐng)域，主要企業(yè)包括紫光同創(chuàng)、復(fù)旦微電子、華微電子、中電科58所、航天772所等；在民品領(lǐng)域，主要企業(yè)包括廣東高云、上海安路、西安智多晶、上海遨格芯等。
但截至目前，F(xiàn)PGA的國產(chǎn)化進(jìn)程進(jìn)展可謂緩慢。國內(nèi)廠商FPGA產(chǎn)品在中國市場的份額總計不足5%，占全球市場幾乎為0%，這是一個令人非常沮喪的數(shù)字。不僅如此，國內(nèi)廠商在技術(shù)水平和國外大廠的差距也很大。國產(chǎn)FPGA基本分布在中低端市場，大多是一些1000萬門級左右的FPGA，少數(shù)達(dá)到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發(fā)的，但大多是逆向工程的產(chǎn)物，或商業(yè)收購的結(jié)果，比如京微雅閣就依靠美國CSwitch公司開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Tile架構(gòu)。在對性能要求更高的應(yīng)用場合，自主FPGA依然很難替代Xilinx和Altera的產(chǎn)品。如何打破這一僵局，有效布局FPGA產(chǎn)業(yè)，取得實質(zhì)成果，是當(dāng)前中國FPGA企業(yè)需要思考的一個問題。
以史為鑒 吸取經(jīng)驗教訓(xùn)
十年來，有幾十家企業(yè)意圖進(jìn)入FPGA市場，除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進(jìn)軍該領(lǐng)域之外，其余公司紛紛折戟沉沙。他們失敗的原因也是中國本土企業(yè)所面臨的問題。總的來說可以概括為以下4條：
1）支持方或投資方資金的持續(xù)性問題。FPGA的研發(fā)周期是一個不同于ASIC等其他芯片的研發(fā)?？赡芤粋€5年的周期不足以為奇，甚至7年，包括市場分析與定位、架構(gòu)/硬件實現(xiàn)、軟件支撐、芯片制程、測試、封裝、篩選等。對于芯片而言，這個過程很難一次流片就保證無任何問題；對于軟件而言，需要可能兩代以上的迭代積累與適應(yīng)芯片的各項功能。等萬事俱備后，application的實施、Marketing的推廣宣傳，最后才到客戶手上。很多投資方?jīng)]有這么多時間、精力和資金來玩這個游戲。很多startup公司正是因為資金鏈的中斷，而退出市場。
2）市場與芯片定位問題。因為在FPGA高度壟斷的情況下，如何突破，如何創(chuàng)新一直是困擾startup公司的難題。做中低端產(chǎn)品，在同樣工藝節(jié)點下，如何解決芯片cost、performance和功耗問題是關(guān)鍵。在架構(gòu)創(chuàng)新的同時，可能會帶來潛在的風(fēng)險，需要等待一定周期的市場檢驗。另外當(dāng)你還處在第一代產(chǎn)品的研發(fā)中，那幾家FPGA巨頭不論是在工藝上、成本上、性能上、功耗上都不會輸給你。如果做高端產(chǎn)品，如何把你的產(chǎn)品的可信度（可靠和安全）建立起來是很重要的問題。因為你剛進(jìn)入市場，幾乎沒有叫得響亮的客戶。試想別人會把你拉入采購名單嗎?很多startup公司還沒來得及想清楚這個問題，就被無情地請出了這個競爭格局。
3）軟件與硬件配合問題。FPGA麻雀雖小、卻五臟俱全。即便做出了一個很powerful的芯片，但如果沒有有效率的軟件支撐，也是徒勞無用。如何將軟件與硬件天衣無縫地結(jié)合在一起，是一個難題。不論在大公司小公司，都需要花大量地時間去論證。另外隨著系統(tǒng)設(shè)計越來越復(fù)雜、性能要求越來越苛刻，軟件在保證產(chǎn)品上市進(jìn)程中扮演的角色也越來越重要。沒有自主創(chuàng)新的軟件，一定會失敗!很多startup公司之所以相繼落馬的原因是，軟件不能很好地配合硬件工作。
4）應(yīng)用工程師的培養(yǎng)問題。有了好的硬件和軟件，還不足夠；還需要更多的AE團(tuán)隊進(jìn)行支持。我們經(jīng)常說到，如果把FPGA產(chǎn)品研發(fā)中硬件所付諸的努力比作"1"的話，那么軟件要付諸的努力就是"2"，而開發(fā)應(yīng)用所付諸的努力則要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于"4"。如果一個FPGA產(chǎn)品，沒有好的應(yīng)用支持團(tuán)隊，開發(fā)各類相關(guān)的應(yīng)用，也很難在市場上有所表現(xiàn)。根據(jù)市場生存法則，你的產(chǎn)品很快就被吞噬，不久將來也會被淘汰。很多startup公司也是因為沒有好的應(yīng)用工程師團(tuán)隊，不能開發(fā)出有競爭性的產(chǎn)品應(yīng)用，而導(dǎo)致流產(chǎn)。
解決方案可簡要概括為以下四點：一是不能以技術(shù)為導(dǎo)向，要重視市場；二是要保證持續(xù)的資金投入；三是市場與芯片定位要做好，去找市場中尚存的空白領(lǐng)域；四是軟硬件配合完善，有了完善的硬件，還要在軟件提升方面投入較多力量。
舉國之力 走自主發(fā)展路線
國內(nèi)FPGA的發(fā)展只能依靠自主，這個必然需要漫長的等待和盡心的呵護(hù)，但除此之外沒有更好的選擇。芯片的自主設(shè)計是實現(xiàn)信息安全的最底層保障。這也是為什么與信息處理相關(guān)的基礎(chǔ)芯片（手機芯片、PC處理器等）需要實現(xiàn)自制的原因。在目前FPGA的技術(shù)和供給幾乎全部來源于美國，包括歐洲和日本等技術(shù)強國也沒有掌握到核心技術(shù)。
對于中國而言，國家促進(jìn)集成電路發(fā)展已經(jīng)提升至國家戰(zhàn)略。同時特殊的應(yīng)用場景（軍工、導(dǎo)彈、航天航空）要求的FPGA是涉及到國家安全和領(lǐng)土安全的，對芯片的要求也會比較嚴(yán)謹(jǐn)，但這一塊本身高性能的產(chǎn)品國外對中國是禁運的，這也從另一方面促成國內(nèi)FPGA自己滿足的契機。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的FPGA主要用于軍工、通訊、航空航天等領(lǐng)域。
在民用領(lǐng)域，國內(nèi)是FPGA需求最大的市場，現(xiàn)在Xilinx、Altera最大的客戶就在中國，通訊市場華為中興烽火包攬了全國60%以上的量。同時人工智能芯片需求的高速并行計算對FPGA芯片的需求也在幾十億美元的數(shù)量級，而國內(nèi)是人工智能高速芯片發(fā)展最快，需求最大的市場。中國FPGA的發(fā)展紅利在于需求市場足夠大，有需求就要有相應(yīng)產(chǎn)品來支持。這對于國內(nèi)廠家就是機會，目前，同方國芯片已經(jīng)和華為中興合作，想實現(xiàn)一部分的國產(chǎn)替代。
最后，從技術(shù)角度來說，我們已經(jīng)不像10年前基本不懂核心技術(shù)。國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟完善，以及芯片設(shè)計能力的不斷加強，我們自己可以自主設(shè)計和流片ARM架構(gòu)的手機CPU，并成功實現(xiàn)商業(yè)化，這在10年前都不敢相信。在我們在過去積累的技術(shù)沉淀和創(chuàng)新能力，已經(jīng)使得我們在FPGA的特定應(yīng)用領(lǐng)域（軍工、通訊）實現(xiàn)一定程度上的自我供給。未來也可能類似于CPU+FPGA用于云數(shù)據(jù)中心節(jié)中，這些應(yīng)用領(lǐng)域都是信息高度敏高的地方，使用自主設(shè)計的芯片更能實現(xiàn)安全可控。
隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、5G通信的興起，F(xiàn)PGA的市場前景會越來越廣。國內(nèi)FPGA廠商要以點帶面、加強整機企業(yè)對國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)的牽引作用、借助國家重大項目推動國產(chǎn)FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展、適當(dāng)引入資本市場，推動產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。多管齊下，國產(chǎn)FPGA的春天終將到來。到那時，我們定要重塑FPGA產(chǎn)業(yè)新格局。