FPGA芯片你了解多少？
在高度垄断的FPGA市场，国产公司未来也有看点。
撰文/刘雨辰
出品/每日财报
集成电路芯片包括数字芯片和模拟芯片两大类，数字芯片可以分为存储器芯片和逻辑芯片，大家熟知的逻辑芯片一般包括 CPU、GPU、DSP等通用处理器芯片，以及专用集成电路芯片ASIC。今天要介绍的是一种特殊的逻辑芯片——FPGA芯片。
FPGA(Field Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，1985年由 Xilinx 创始人之一Ross Freeman发明。FPGA的诞生时间晚于摩尔定律约20年，但FPGA自发明后，发展之快超乎想象，且目前FPGA已是全球领先的先进工艺。
按照官方的解释，FPGA 是一种在PAL(可编程逻辑阵列)、GAL(通用阵列逻辑)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)等传统逻辑电路和门阵列的基础上发展起来的一种半定制电路，主要应用于ASIC(专用集成电路)领域，既解决了半定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA和CPU、GPU、ASIC的芯片等核心区别是其底层逻辑运算单元的连线及逻辑布局未固化，用户可通过 EDA 软件对逻辑单元和开关阵列编程，进行功能配置，从而去实现特定功能的集成电路芯片。
FPGA芯片可以每隔几秒就改变芯片上的运行硬件设计，而像CPU、ASIC等芯片则在出厂的时候就已经固化，无法进行改变。如果说ASCI、CPU和GPU等是建好的楼房，楼房中房间、走廊及楼梯等路线方式已经固定了，那么FPGA的内部就类似霍格沃兹中的魔法楼梯，可以随时改变房间到房间的路线关系。
此外，FPGA不需要像CPU和GPU在软件应用层面的指令系统编译，对FPGA进行编程是使用硬件描述语言，并直接编译烧录为晶体管电路的组合，也就是直接用晶体管电路实现用户的算法。
FPGA最大的特点就是灵活，实现你想实现的任何数字电路，可以定制各种电路。减少受制于专用芯片的束缚，真正为自己的产品量身定做，在设计的过程中可以灵活的更改设计，具有现场可编程性，因此特别适用于需求物理运算逻辑需要持续更迭的应用领域，例如人工智能算法优化、数据中心应用等。
智能电动车是未来汽车行业的主流发展方向，目前汽车相机以及传感器中FPGA的应用已经相对成熟，在自动/智能驾驶汽车的人工智能系统中，FPGA的适用度将是最为契合的用于处理越来越复杂的 ADAS和自动驾驶。2014年，FPGA芯片的国际龙头赛灵思的芯片被14家汽车制造商采用，并设计成29款车型，到 2018 年，赛灵思芯片解决方案已扩大到29家汽车制造商的111款车型中。
在通信领域，5G通信基站数量增多，而且单个基站FPGA用量提升，带动 FPGA 需求量增大。根据测算，5G单基站FPGA用量有望从4G时期的1-3块提升到5G时期的4-5 块，5G基站中FPGA价值量比4G基站多大约1000美元。
根据 MRFR的统计，2013年全球FPGA的市场规模在45.63亿美元左右，中国 FPGA 芯片市场规模持续上升，从2016年的65.5亿元增长至2020年的 150.3 亿元，年复合增长率高达23.1%。
随着目前5G时代的进展以及AI的推进速度加快，FPGA芯片将加速放量。根据预测，到2025年，中国FPGA市场规模将进一步提升至332.2亿元，2021-2025 年的复合增长率为17.1%，高于全球FPGA市场的10.85%。
根据MRFR对于FPGA的下游应用地区分布的统计，目前最大的市场为亚太地区，占比达39.15%，北美占比为33.94%，欧洲占比19.42%，而至2025年，亚太地区的占比将会继续的提高至43.94%。
但从供给端来看，全球 FPGA市场主要被海外企业垄断，2019年，赛灵思和 Altera分别占据全球 FPGA市场份额的52%和35%，基本垄断，Lattice和 Microsemi则各占5%的市场份额。
数据来源：公开资料整理