近日，AMD向供應(yīng)鏈客戶發(fā)送內(nèi)部函件，宣布將對(duì)旗下賽靈思（Xilinx）品牌的FPGA產(chǎn)品進(jìn)行漲價(jià)。在漲價(jià)幅度方面，最低8%，最高25%。目前，該消息已經(jīng)得到AMD授權(quán)分銷商的確認(rèn)。

而在三季度開(kāi)始的時(shí)候，業(yè)界也已經(jīng)傳出英特爾對(duì)于旗下FPGA產(chǎn)品漲價(jià)的消息，其中較舊料號(hào)漲價(jià)幅度為 20%。

FPGA需求缺口在擴(kuò)大

當(dāng)然，無(wú)論是AMD還是英特爾，兩大巨頭對(duì)于FPGA產(chǎn)品的漲價(jià)并非是資源壟斷之后的肆意妄為，而是有背后的市場(chǎng)因素在推動(dòng)。

AMD 在信中表示，導(dǎo)致本次 FPGA 器件價(jià)格上調(diào)的重要原因是需要加大對(duì)現(xiàn)有供應(yīng)鏈的投資力度，而供應(yīng)商漲價(jià)也是另一方面的原因。英特爾當(dāng)時(shí)的漲價(jià)傳聞也指出，漲價(jià)是因?yàn)楣?yīng)鏈成本壓力和持續(xù)的旺盛需求。

對(duì)于FPGA而言，一個(gè)較為明顯的成本上漲是因?yàn)榇S漲價(jià)，當(dāng)然英特爾則是因?yàn)樽约汗S的原材料漲價(jià)，比如晶圓。實(shí)際上這些成本上升在去年年底就已經(jīng)給出信號(hào)了，比如聯(lián)電在一份漲價(jià)聲明中提到，2022年8寸晶圓制程漲價(jià)5%，12寸晶圓制程漲幅5%到10%；臺(tái)積電則是在年初時(shí)段被指出，將對(duì)8英寸和12英寸制程價(jià)格上調(diào)10%至20%。實(shí)際上，由于物流成本以及晶圓材料漲價(jià)，2022年IDM、晶圓代工廠都漲價(jià)了，這其中定然也包括英特爾。

再看需求端，根據(jù)Susquehanna Financial Group的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，市場(chǎng)主流FPGA交期都達(dá)到了52周交期上限內(nèi)的最大值，這個(gè)筆者也在上文中提到了，分銷商網(wǎng)站上對(duì)于主流FPGA產(chǎn)品的標(biāo)注，確實(shí)都是生產(chǎn)周期為52周。Susquehanna分析師Chris Rolland在報(bào)告中指出，F(xiàn)PGA短缺受影響的主要是網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)和電信設(shè)備。

從技術(shù)層面來(lái)看，推動(dòng)FPGA需求大漲的背后因素就是5G和AI，如果說(shuō)到市場(chǎng)層面的話，那就是汽車、數(shù)據(jù)中心、5G通信和工業(yè)。根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年全球FPGA芯片的市場(chǎng)規(guī)模約為68.6億美元，同比增長(zhǎng)12.8%。不要看相較于GPU、CPU、MCU等，F(xiàn)PGA市場(chǎng)規(guī)模并不大，但是這個(gè)“小而美”的市場(chǎng)卻非常重要。

比如在5G市場(chǎng)，由于5G通信通道數(shù)大幅增加，尤其是大規(guī)模MIMO里的通道數(shù)是此前的數(shù)倍到數(shù)十倍，因此5G基站單站的FPGA用量就大幅上漲。根據(jù)測(cè)算，4G基站單站可能只需要1-2塊FPGA，5G基站需要4-5塊，同時(shí)5G基站密度大概是4G基站的1.5倍。因此，5G時(shí)代，基站對(duì)于FPGA的需求量大概就是4G時(shí)代的3倍以上。

在AI方面，產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的落地階段，邊緣AI成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重心。而隨著AI和邊緣終端的結(jié)合越來(lái)越緊密，ASIC的弊端開(kāi)始顯現(xiàn)。一般情況下，芯片用量需要達(dá)到10萬(wàn)片以上，這樣開(kāi)發(fā)ASIC才能夠有價(jià)值。但在邊緣AI領(lǐng)域，大部分市場(chǎng)都達(dá)不到這個(gè)芯片用量。這部分需求基本都轉(zhuǎn)向了FPGA，通過(guò)對(duì)FPGA編程，F(xiàn)PGA能夠執(zhí)行ASIC可執(zhí)行的任何邏輯功能，并且無(wú)需等待三個(gè)月至一年的芯片流片周期。

同時(shí)，在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA由于具備接口靈活和可編程的特性，解決了工業(yè)AI對(duì)于CAN、PCIe、JESD204等多種接口的復(fù)雜需求，更提升了工業(yè)生產(chǎn)的柔性。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，AIoT理念也是帶來(lái)了大量的FPGA需求。

因此，過(guò)往產(chǎn)業(yè)對(duì)于FPGA的定義實(shí)際上過(guò)于狹隘了，導(dǎo)致FPGA的潛力無(wú)法充分釋放，在5G和AI的推動(dòng)下，F(xiàn)PGA迎來(lái)了量?jī)r(jià)齊升的好時(shí)代。根據(jù)Frost&Sullivan的研究數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2025年，全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到125.8億美元，相較于2021年近乎翻倍。

“萬(wàn)能”的FPGA芯片

FPGA芯片，又稱“現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列”芯片，其中的“可編程”三個(gè)字，正是它“萬(wàn)能”優(yōu)勢(shì)的集中體現(xiàn)。

常規(guī)的硬件芯片，往往依托特定的指令集來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的功能。只需置入到可運(yùn)行環(huán)境，芯片便可以自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)需操作人員指揮。但作為代價(jià)，常規(guī)芯片的設(shè)計(jì)電路以及運(yùn)行邏輯也因此固定下來(lái)。而FPGA芯片則完全不必默守陳規(guī)。

完成封裝后的FPGA芯片，僅有內(nèi)置的獨(dú)立邏輯單元，并沒(méi)有任何預(yù)設(shè)的計(jì)算功能；此外，F(xiàn)PGA芯片內(nèi)部的金屬連接線，可經(jīng)用戶編程，配置成任意的連接方式。

形象地講，接入電路的FPGA芯片，就像一臺(tái)新裝系統(tǒng)的個(gè)人電腦，你不向它輸入命令，它就原地立正，不做任何動(dòng)作。而一旦你向它發(fā)送編程指令，它可以任由你的操作，在任何電路環(huán)境中馳騁。

比如你可以把它變成Pic單片機(jī)，作為微處理單元來(lái)支持各種大型電子儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)；你可以將它編輯為驅(qū)動(dòng)器，控制數(shù)以萬(wàn)計(jì)的LED；經(jīng)由編程配置后的FPGA芯片，甚至可以和大型CPU組成異質(zhì)芯片系統(tǒng)組，進(jìn)而用于5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。

除了適應(yīng)能力強(qiáng)，值得一提的是，F(xiàn)PGA芯片還有另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：模仿能力。

由于是用基礎(chǔ)編程指揮硬件運(yùn)算，F(xiàn)PGA芯片運(yùn)算不但速度更快，而且可以模擬特定芯片的計(jì)算功能。也就是說(shuō)，F(xiàn)PGA芯片不僅啥都能變，而且變誰(shuí)像誰(shuí)！堪稱“芯片界的孫悟空”。

這種無(wú)與倫比的泛用性，讓FPGA芯片自1985年誕生起，就受到整個(gè)半導(dǎo)體領(lǐng)域的普遍重視。而在經(jīng)歷幾十年的技術(shù)完善之后，F(xiàn)PGA芯片更是被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)革命中的必備半導(dǎo)體器件。

然而，在20年的時(shí)間，我國(guó)并沒(méi)有跟上FPGA芯片技術(shù)的東風(fēng)。

全球FPGA市場(chǎng)直指百億美元 廣闊空間

FPGA近百億美元廣闊市場(chǎng)，受益于數(shù)據(jù)中心和AI等應(yīng)用，未來(lái)5年增長(zhǎng)加速。隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)，人工智能和自動(dòng)駕駛等新興市場(chǎng)的 加速發(fā)展，F(xiàn)PGA需求將持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，2020-2026年全球FPGA出貨量從5.11億顆增至8.25顆，CAGR為8.3%；FPGA市場(chǎng) 規(guī)模從55.85億美元增至96.9億美元，CAGR為9.6%。


中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)

近幾年中國(guó)FPGA市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大增長(zhǎng)，整體增速領(lǐng)先全球。根據(jù)Frost&Sullivan測(cè)算，2020年中國(guó)FPGA出貨量達(dá)到1.6億顆，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 到150.3億元。隨著國(guó)內(nèi)AI應(yīng)用的快速發(fā)展以及國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程的進(jìn)一步加速，中國(guó)FPGA市場(chǎng)需求量有望以領(lǐng)先全球的速度持續(xù)擴(kuò)大， Frost&Sullivan預(yù)計(jì)2021-2025年，中國(guó)FPGA芯片出貨量將從1.9億顆增至3.3億顆，CAGR約為15.0%；市場(chǎng)規(guī)模將從176.8億元增至332.2 億元，CAGR約為17.1%。


FPGA下游覆蓋領(lǐng)域廣泛，通信和工業(yè)為主要應(yīng)用市場(chǎng)

通信和工業(yè)為最大下游市場(chǎng)，汽車市場(chǎng)份額保持上升趨勢(shì)。從下游應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)看，通信和工業(yè)市場(chǎng)份額位居FPGA芯片一二位，同時(shí)通 信市場(chǎng)份額有望持續(xù)提升，而工業(yè)市場(chǎng)則呈小幅下降趨勢(shì)。全球軍工、航天FPGA應(yīng)用市場(chǎng)份額穩(wěn)定在15%左右。汽車為增長(zhǎng)最快速的 下游市場(chǎng)，Gartner預(yù)計(jì)其市場(chǎng)份額將由2020年的5.9%增至2026年的12.3%。消費(fèi)電子預(yù)計(jì)將是FPGA芯片份額最小的下游市場(chǎng)，主要是 因?yàn)镕PGA雖然以其靈活性適宜于消費(fèi)電子快速迭代的節(jié)奏，但在具有顯著規(guī)模效應(yīng)的消費(fèi)電子市場(chǎng)，F(xiàn)PGA相比ASIC的成本劣勢(shì)明顯 。因此從生命周期來(lái)講，F(xiàn)PGA的應(yīng)用具有一定局限性。


通信是當(dāng)前FPGA最大的下游市場(chǎng)，未來(lái)保持高于平均的增速

通信是目前FPGA規(guī)模最大的應(yīng)用市場(chǎng)，且隨著通訊技術(shù)持續(xù)的迭代，F(xiàn)PGA應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逐步擴(kuò)大，市場(chǎng)需求仍將保持高增長(zhǎng)。未來(lái)幾年 國(guó)內(nèi)外通信FPGA市場(chǎng)規(guī)模的復(fù)合年增長(zhǎng)率均高于FPGA整體，通信市場(chǎng)的應(yīng)用份額也將穩(wěn)中有升。根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2026年全球通信 FPGA芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到32.3億美元，2020-2026年CAGR為10.4%。Frost&Sullivan預(yù)測(cè)2025年中國(guó)通信應(yīng)用的FPGA芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 到140.4億元，2021-2025年CAGR約17.5%。


工業(yè)制造智能升級(jí)，F(xiàn)PGA或?qū)⒊蔀楫a(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的迭代手段

在加速轉(zhuǎn)型的工業(yè)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA大有取代ASIC的趨勢(shì)。工業(yè)4.0是德國(guó)與工業(yè)界為制造業(yè)制定的未來(lái)藍(lán)圖，也是工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指路明 燈。工業(yè)4.0的大部分應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)邊緣智能的硬件加速提出了新的需求，要求更低延遲的數(shù)據(jù)處理能力。另一方面，新設(shè)備需要具有可 重新編程的能力，以應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)或者協(xié)議的演變。此外，智能工廠的建立離不開(kāi)大數(shù)據(jù)處理及AI技術(shù)的應(yīng)用。FPGA提供靈活的解決方案 ，因此大有取代ASIC的趨勢(shì)，特別是在工業(yè)通訊、電機(jī)控制、機(jī)器視覺(jué)、邊緣計(jì)算、工業(yè)機(jī)器人等應(yīng)用場(chǎng)景。


國(guó)產(chǎn)FPGA開(kāi)始實(shí)現(xiàn)替代

雖然起步晚，但受益于龐大的技術(shù)人才儲(chǔ)備和半導(dǎo)體市場(chǎng)需求，在短短十幾年的發(fā)展中，中國(guó)已成功培育出多家FPGA研發(fā)企業(yè)，如深圳紫光同創(chuàng)、上海安路科技、廣州高云半導(dǎo)體等等。

同時(shí)，作為FPGA領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，華為也開(kāi)發(fā)出了FPGA云平臺(tái)，為全球人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的專家，提供顛覆式的開(kāi)發(fā)模式。

在諸多國(guó)產(chǎn)品牌的努力下，截至2021年，外企在我國(guó)的市占率已經(jīng)從最初的100%下降到不足90%，其中僅安路科技一家，就成功奪回了6%的國(guó)內(nèi)份額。

而被臺(tái)媒譽(yù)為“國(guó)產(chǎn)FPGA芯片龍頭企業(yè)”的紫光同創(chuàng)，也順利度過(guò)投資集中期，2021年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收7.82億元，凈利潤(rùn)從2020年的虧損0.26億元扭轉(zhuǎn)為盈利0.41億元。

相信隨著產(chǎn)業(yè)需求的不斷擴(kuò)大，F(xiàn)PGA芯片的國(guó)產(chǎn)替代率會(huì)繼續(xù)攀升。