相對(duì)于廣為人知的CPU,，FPGA可謂默默無聞,。目前,，國產(chǎn)CPU已經(jīng)逐漸代替國外CPU，但FPGA卻仍然完全依賴從美國進(jìn)口,，這對(duì)中國國防安全是一個(gè)非常大的隱患——因?yàn)槿绻麤]有FPGA,，90%以上的軍用電子設(shè)備將成為電子垃圾。

　　隨著PC和智能手機(jī)的普及,，相信很多人都或多或少了解,，什么CPU（中央處理器）和GPU（圖形處理器），但你可能不知道,，在芯片領(lǐng)域，還有另外一種鮮為人知的芯片——FPGA,。

　　這種芯片雖然“曝光率”遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如CPU和GPU,，但其重要性卻不遑多讓——無論是在軍事領(lǐng)域，還是民用領(lǐng)域都頗具意義,。不僅90%的大型軍用電子設(shè)備都要用到FPGA,，在即將到來的5G通信、物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù)等民用領(lǐng)域,，F(xiàn)PGA也有非常大的潛力。

　　而恰恰是這樣一款重要的芯片,，中國卻基本依賴進(jìn)口,，國產(chǎn)FPGA在中國市場的占有率僅為2%，即便是很多軍用的高端FPGA,，也基本依賴于進(jìn)口,，這究竟是怎么回事呢？

　　FPGA是什么,？

　　如果用科學(xué)術(shù)語來正式介紹,，F(xiàn)PGA是現(xiàn)場可編程門陣列。用普通人能聽懂的話來說,，它就是一個(gè)允許你在上面編程的芯片,。編程完之后，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)特殊的硬件加速算法,，比如精確制導(dǎo)武器上的地圖匹配,。

　　如果還是不懂，沒關(guān)系,，我們舉些應(yīng)用的例子,，來看看它能干什么吧。

　　比如,，在軍事國防領(lǐng)域,，F(xiàn)PGA被運(yùn)用于航天,、航空、電子,、通信,、雷達(dá)、高端波束形成系統(tǒng)等領(lǐng)域,，在各種軍用電子設(shè)備中也經(jīng)常會(huì)有FPGA的身影,。

　　以相位控制電子掃描陣列雷達(dá)（相控陣?yán)走_(dá)）為例，一個(gè)大型相控陣?yán)走_(dá)有幾千個(gè)TR組件（看不懂沒關(guān)系,，知道它是雷達(dá)的一個(gè)極為關(guān)鍵的部件就行）,，幾個(gè)TR組件組成一個(gè)小的處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，而每個(gè)單元就含一個(gè)FPGA芯片,。

　　另外,，對(duì)夜戰(zhàn)非常重要的紅外設(shè)備也離不開FPGA。美國國防后勤局就曾采購過美國賽靈思公司的FPGA用于監(jiān)視,、偵察和火控系統(tǒng)中紅外傳感器的數(shù)據(jù)處理,。

　　除了被廣泛運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，F(xiàn)PGA芯片在民用市場也頗具潛力,，應(yīng)用場景非常廣泛,。比如即將到來的5G通信，通信基站其實(shí)就是一個(gè)小相控陣,，這就必須采用FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,。

　　現(xiàn)有的通信設(shè)備也離不開FPGA，比如前段時(shí)間美國制裁中興通訊,，F(xiàn)PGA也位列制裁名單之上,，而華為和中興所需的FPGA大多依賴于從賽靈思和阿爾特拉等美國公司進(jìn)口。

　　在醫(yī)療領(lǐng)域,，F(xiàn)PGA則被用于聲波檢測(cè)儀,、CT掃描儀、核磁共振,、x射線等各種設(shè)備上,。在消費(fèi)品電子、物聯(lián)網(wǎng),、汽車電子,、機(jī)器人、數(shù)據(jù)挖掘,、工控等領(lǐng)域,，F(xiàn)PGA也扮演著重要角色。隨著機(jī)器人、無人機(jī),、大數(shù)據(jù),、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛,、5G通信的興起,，市場前景會(huì)越來越好。根據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì),，從2014年到2023年,，F(xiàn)PGA的年均增長率達(dá)7%。

　　可以說,，幾乎你能見到和見不到的大部分電子設(shè)備中,，都有FPGA芯片這么個(gè)玩意兒。

　　為何研發(fā)難度高

　　目前全球的FPGA市場,，基本被前面提到的兩家美國公司壟斷——賽靈思和阿爾特拉,。在過去十多年里，英特爾,、IBM、摩托羅拉,、飛利浦,、東芝、三星等其他60多家公司都曾試圖涉足FPGA領(lǐng)域,，但紛紛慘敗,。這其中的原因就在于FPGA的進(jìn)入門檻極高。

　　有多高,？

　　一是專利技術(shù)壁壘,。賽靈思從上世紀(jì)80年代開始做FPGA，在30多年時(shí)間里積累了豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),，在該領(lǐng)域有異常雄厚的技術(shù)底蘊(yùn),，并與阿爾特拉、萊迪思,、美高森美等公司用近9000項(xiàng)專利構(gòu)筑的知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘,，很大程度上堵死了后來者追趕的道路。即便是強(qiáng)如英特爾,，最后也是以耗資167億美元收購阿爾特拉獲得了FPGA領(lǐng)域的入場券,，而非通過自主技術(shù)研發(fā)在FPGA領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟。

　　二是市場相對(duì)偏小,。全球FPGA市場總額僅為50億美元,，而英特爾在2015年第四季度的營業(yè)收入就達(dá)149億美元。相對(duì)偏小的市場份額很難養(yǎng)活太多的大公司,，必然導(dǎo)致競爭異常激烈,，僅僅少數(shù)佼佼者才能生存下來,。

　　三是用戶對(duì)FPGA性能要求高。FPGA很大一部分場景是做一些芯片模擬工作,，使用者在其基礎(chǔ)上做編程,，必然會(huì)有很大性能損失，在性能降低了很多以后,，還要和CPU等芯片去匹配,，使用戶會(huì)對(duì)FPGA的性能有著越高越好的要求。另外,，在軍用領(lǐng)域,，雖然局部場景對(duì)FPGA性能要求不高，國內(nèi)反向設(shè)計(jì)的FPGA也能滿足使用需求,，但也有很多場景對(duì)FPGA性能也有著非常高的要求,。

　　同時(shí)，賽靈思,、阿爾特拉等巨頭在技術(shù)上處于絕對(duì)領(lǐng)先地位,，其FPGA產(chǎn)品往往采用最先進(jìn)的工藝，并且將工藝的潛力挖的很透,，而后來的追趕者則沒有這個(gè)條件和技術(shù)實(shí)力,，導(dǎo)致性能上大幅遜色于兩大巨頭。

　　具體來說,，賽靈思和阿爾特拉的FPGA已經(jīng)開始著手采用最先進(jìn)的14/16nm工藝,，而國內(nèi)FPGA廠商根本無力承擔(dān)采用先進(jìn)制程工藝的高昂成本。

　　加上掌握最先進(jìn)制造工藝的為英特爾,、臺(tái)積電,、三星等對(duì)中國大陸IC設(shè)計(jì)公司使用最先進(jìn)工藝有很多限制——買IP做集成可以，但如果是自主研發(fā)的IP,，則會(huì)有很多限制,，如果有軍民兩用潛力，限制就更多了,。這致使國內(nèi)FPGA廠商大多采用40/55nm工藝,，在制造工藝上就處于先天劣勢(shì)。

　　因此,，除了囊中羞澀的用戶,，或定位于工控等對(duì)性能要求有限的特殊情況，大部分用戶對(duì)FPGA的需求是性能越高越好,，這樣就會(huì)使國內(nèi)如京微雅格等FPGA廠商即便開發(fā)出廉價(jià)的中低端產(chǎn)品,，也會(huì)因性能差距而被很多潛在用戶拋棄。

　　正是因?yàn)榇嬖谶@種現(xiàn)象，F(xiàn)PGA的研發(fā)難度比CPU還要高,。

　　在CPU方面,，企業(yè)如果做不了高性能的桌面或服務(wù)器CPU，還可以做做低功耗嵌入式芯片“曲線救國”,。

　　比如如今在智能手機(jī)芯片領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨的ARM,，就是依靠深耕嵌入式芯片領(lǐng)域，并最終發(fā)展壯大羽翼豐滿,，甚至隱隱威脅到了英特爾的地位,；國產(chǎn)的龍芯也可以在高性能芯片無力與Intel抗衡的情況下，依靠做嵌入式芯片實(shí)現(xiàn)自給自足,、自負(fù)盈虧,。

　　而FPGA則不然，除了工控等一些特殊場景之外,，其他FPGA芯片廠商很多時(shí)候上必須一開始就和賽靈思,、阿爾特拉、萊迪思短兵相接拼性能,。

　　因此,，在當(dāng)前的情況下，完全依靠民間風(fēng)險(xiǎn)投資和少量政府資金的零敲碎打,，就想把FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來,，基本是不不可能的。

　　國產(chǎn)FPGA現(xiàn)狀

　　那么國產(chǎn)FPGA芯片的整體情況和水平到底如何,？

　　目前,，國內(nèi)FPGA廠商有百家爭鳴之勢(shì),。既有自主研發(fā)十多年,，并收購美國CSwitch公司開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Tile架構(gòu)的京微雅格；也有曾經(jīng)從事反向設(shè)計(jì),，在軍用產(chǎn)品中頗具市場的國微電子,；還有技術(shù)團(tuán)隊(duì)來自萊迪思核心團(tuán)隊(duì)的西安智多晶；以及被背靠紫光,，并與國微電子頗有淵源的同創(chuàng)國芯等等,。

　　不過，總體來看,，雖然中國FPGA廠商不少,，但和賽靈思、阿爾特拉的差距非常大,，不僅在硬件性能上如同鴻溝,，在軟件上，大多沒有自主研發(fā)出一整套EDA工具（設(shè)計(jì)電子電路的軟件程序）——想在FPGA領(lǐng)域安生立命，光有硬件是不行的,，需要有完善的EDA軟件做支撐,，而國內(nèi)FPGA廠商很難拿出一套讓用戶滿意的EDA工具，有的甚至直接拿國外公司的軟件充數(shù),。

　　從市場份額上看,，國內(nèi)FPGA廠商與國外巨頭的差距更是一目了然——全球FPGA芯片市場規(guī)模大約50億美元左右，其中中國市場約15億美元,，但國產(chǎn)FPGA產(chǎn)品根本不具備國外市場搏殺的競爭力,，即便在國內(nèi)市場，所占市場份額也僅有2%,。

　　FPGA亟待更受重視

　　也許是在科普程度上不及CPU和存儲(chǔ)芯片,，F(xiàn)PGA的重要性還沒有得到廣泛的理解。這導(dǎo)致做國內(nèi)CPU和存儲(chǔ)芯片的公司能獲得大量政府經(jīng)費(fèi),，而FPGA獲得的資金則少得可憐,。

　　比如，國內(nèi)最大的FPGA廠商京微雅格在承接2014年國家科技重大專項(xiàng)FPGA研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用課題時(shí),，其中國家撥款,、地方資金和企業(yè)自籌經(jīng)費(fèi)也是按1:1:1配套的，而非全部國家經(jīng)費(fèi)投入,；其他幾家比如同創(chuàng)國芯和國微電子也是勞心勞力,，才獲得核高基項(xiàng)目和紫光的輸血......就最近的情況而言，最大的動(dòng)作僅僅是紫光收購萊迪思6.07%的股權(quán),。

　　于是,，在國內(nèi)企業(yè)發(fā)展不起來的背景下，高端FPGA產(chǎn)品中國完全依賴從美國進(jìn)口,，這對(duì)中國毫無疑問是一個(gè)隱患——因?yàn)槿绻麤]有FPGA,，90%以上的軍用電子設(shè)備將難以發(fā)揮作用！

　　相對(duì)于民間擁有大量庫存的PC和服務(wù)器CPU,，一些高端FPGA僅僅用于軍事等特殊領(lǐng)域,，因而民間鮮有庫存，而且一片幾萬元的價(jià)格,，過高的渠道積壓成本使渠道商也很少去儲(chǔ)備,。

　　如果要去正常訂貨，光訂貨發(fā)貨周期就要幾個(gè)月,。即便向第三國購買,，和中國關(guān)系較好的亞非拉兄弟國家根本不存在高端FPGA的市場需求，而有庫存的全是和美國站在同一戰(zhàn)壕的西方國家,，可以設(shè)想,，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭,，在現(xiàn)有庫存快速消耗的情況下，將嚴(yán)重影響高精尖武器和信息化裝備的補(bǔ)充,。

　　因此,，國家和社會(huì)各界如果能像重視CPU和存儲(chǔ)芯片那樣重視并扶持國內(nèi)FPGA產(chǎn)業(yè)，無論是對(duì)國防安全,，還是對(duì)民用市場來說,，都將非常有利。