以其强大的并行计算能力、功能灵活可定制等优点，被广泛应用于通信、医疗、电力、军工等高速、大数据量的领域，以及IC和ASIC设计前期原型验证系统自1985年由Xilinx的创始人之一Ross Freeman发明之后，全球90%的FPGA市场一直被国外厂家所占有FPGA的市场前景极其诱人，同时门槛也在芯片行业无出其右自FPGA被发明以来，全球约有60多家公司斥资数十亿美元，前赴后继的尝试FPGA这块高地，其中不乏Intel、IBM、TI、Motorola、Philips、TOSHIBA、SAMSUNG这样的行业巨鳄，但是最终登顶成功的只有位于美国硅谷的四家公司：Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi，其中前两家公司占据了全球近90%的市场份额，同时也拥有着FPGA领域绝大多数专利，形成了高不可攀的技术壁垒由于疫情席卷全球，FPGA芯片生产上下游企业都受到了影响，导致FPGA芯片价格上涨的非常高，一些用量比较大的中低端FPGA产品的价格是原来的几十倍，而且是处于有价无市的状态
一些高端、高性能的FPGA芯片价格反而不那么贵，果然还是市场决定价格
有哪些国产FPGA厂商虽然FPGA芯片行业有极高的技术壁垒，但我国一直没有停止对FPGA技术的探索，从逆向设计到自主研发，从军工领域到市场广阔的工业、民用领域目前主流的FPGA厂商主要有以下几家公司，产品基本应用于通信、工业、军工、消费电子领域1.紫光同创（深圳）紫光同创的FPGA产品分为3大系列：Titan、Logos和Compa系列Titan系列高速、高性能Titan系列是中国第一款国产自主产权千万门级高性能FPGA产品，174K等效LUT4单元，最高频率500MHz，5.0Gbps SERDES接口，800Mbps DDR3和LVDS，PCIe Gen2x4，适用于通信网络、信息安全、数据中心、工业控制等领域Logos系列高性价比全新LUT5结构，集成RAM、DSP、ADC、SERDES、DDR3等丰富的片上资源，支持多种标准IO，LVDS、MIPI接口等，广泛应用于工业控制、通信、消费类等领域，是大批量、成本敏感型项目的理想选择Compact系列CPLD产品，低功耗、低成本Compa系列CPLD产品，低功耗、低成本、小尺寸，支持MIPI、LVDS、I2C、SPI、OSC、RAM、PLL等，用户IO高达383个，支持3.3/2.5V内核、或1.2V低电压内核，适用于系统配置、接口扩展和桥接、板级电源管理、上电时序管理、传感器融合等应用需求紫光同创的FPGA产品软硬件生态比较好，芯片文档手册、评估板与下载器、EDA软件与License、IP核资源、线下培训、大学计划、比赛赞助等等做得都很不错下图为紫光同创和黑金动力社区联合出品的开发板：2.安路科技（上海）FPGA共有两大系列：SALEAGLE和SALELF系列SALEAGLE系列分为两个产品型号：EG4和AL3EG4：19600个 LUT，55nm工艺，静态功耗最低5.5mA，DSP、BRAM、高速差分IO，用户IO数量71到193个，片上8位ADC，1M采样率，8通道输入AL3：8640个 LUT，65nm工艺，静态功耗最低4mA，用户IO数量从60到184个，丰富的DSP、BRAM、高速差分IO等资源，强大的引脚兼容替换性能SALELF系列小精灵系列FPGA，共有3代产品，单芯片方案，即时启动，无需要外部Flash，支持OTP模式，55nm工艺，部分产品型号内嵌硬核MCU安路科技还自主研发了FPGA集成开发环境——TangDynasty(TD)，支持标准的设计输入方式，完整的电路优化流程以及丰富的分析与调试工具，并提供良好的第三方设计验证工具接口，为所有基于安路科技FPGA产品的应用设计提供有力支持3.高云半导体（广州）FPGA产品主要有两个系列：晨曦系列和小蜜蜂系列晨熙系列55nm SRAM工艺，具有高性能的 DSP 资源，高速 LVDS 接口以及丰富的 B-SRAM 存储器资源，适用于高速低成本的应用场合小蜜蜂家族低功耗、低成本、瞬时启动、高安全性的非易失性可编辑逻辑器件包括SoC产品和非SoC产品，SoC产品内嵌 ARM Cortex-M3硬核处理器，GW1NS系列产品内嵌 USB2.0 PHY、用户闪存以及 ADC 转换器SoC产品实现了可编程逻辑器件和嵌入式处理器的无缝连接，兼容多种外围器件标准，可大幅降低用户成本，可广 泛应用于工业控制、通信、物联网、伺服驱动、消费等多个领域GW1NRF系列蓝牙 FPGA器件，以 32 位硬核微处理器为核心，支持蓝牙 5.0 低功耗射频功能，具有丰富的逻辑单元、内嵌 B-SRAM 和 DSP 资源，IO 资源丰富，系统内部有电源管理模块和安全加密模块4.复旦微（上海）复旦微是国内FPGA领域技术较为领先的公司之一，目前已可提供千万门级FPGA芯片、亿门级FPGA芯片以及嵌入式可编程器件（PSoC）共三个系列的产品复旦微的亿门级FPGA芯片，基于28nm工艺制程，采用业内先进的CMOS工艺，是国内最早研制成功的亿门级FPGA芯片，且目前已经实现了量产销售复旦微于2019年推出自主研发致力于完整可编程器件开发流程的工具软件Procise，是国内FPGA领域首款超大规模全流程EDA设计工具，其界面友好、功能强大且简单易用，但由于推出时间较赛灵思的Vivado晚，版本迭代次数相对较少，开发工具各项功能及可用IP库还需进一步完善公司也在积极开发新一代14/16nm工艺制程10亿门级产品的开发，同时结合CPU、AI技术，在国内率先开发PSoC芯片，拓展新的战场，保持公司在国产FPGA技术上的领先地位但相比行业龙头赛灵思截至2021年4月的营收31.48亿美元，公司2020营收仅为1.53亿元，在经营规模上仍有较大差距下图是基于复旦微FMQL45T900芯片的开发板，可替代Xilinx ZYNQ FPGA 7045，集成FPGA和四核ARM Cortex-A75.智多晶（西安）共分为3个系列：Seagull 1000，Seagull 2000和Seagull 5000系列Seagull 1000系列64、128、256逻辑单元可选，0.162um工艺，最大频率Fmax=322MHzSeagull 2000系列5K、12K、25K逻辑单元可选，低功耗55nm工艺，内置硬核DSP，内置 Flash，LVDS最高发送速率可达840Mbps，接收速率可达875Mbps，支持400Mbps DDR2 SDRAM接口，支持MIPI，接口速率高达1.2Gbps，支持常见的LVDS、LVCMOS、LVTTL等IO标准Seagull 5000系列30K 至 325K 逻辑单元的器件，多达 500 个用户IO，LUT6结构，先进 28nm 铜 CMOS 工艺，最大频率500MHz，硬件乘法器，LVDS 接口高达 1.6 Gbps，嵌入式硬核ARM、ADC、DDR2/3控制器6.京微齐力（北京）共分为：HME-R（河）、HME-M（华山）、HME-P（飞马）和HME-H（大力神）4个系列目前已经全面实现65/55/40nm量产，2022年开始22nm规模量产HME-R系列低功耗、高性价比，40nm工艺，LUT4结构，逻辑容量为1-3K，主要面向低功耗应用领域，内嵌存储器，最小支持1.5mmx1.5mm封装HME-H系列集成ARM Cortex-M3硬核控制器和高性能FPGA，ARM核最大时钟300MHz，逻辑性能最大200MHz，硬核形式整合以太网、USB、CAN、DMA控制器以及DDR控制器等外设，能够满足不同应用场合的“可定制可重构可编程”设计需求，实现了FPGA的SoC化HME-P系列TSMC 40nm CMOS工艺，全新的LUT6结构，6.5Gbps Serdes高速I/O，1333M bps硬核DDR2/3控制和PHY，高速AXI、PCIe、DDR2/3硬核IP，面向需要高速率高性能大容量的FPGA市场HME-H系列集成高性能FPGA、增强型MCU和MIPI接口的智能型视频桥接器件，增强型8051 MCU，内嵌DSP单元，主要面向视频处理领域，可广泛应用于手机、平板、可穿戴、VR、AR、无人机和智能家居等市场FX-伏羲软件是京微齐力自主研发的一款EDA软件，可以进行FPGA和SoC应用设计，还可以支持其他常用的第三方设计工具进行协同设计友好的图形化用户界面，丰富的IP，支持命令行操作，支持远程下载编程，比特率加密，片上调试等等国内的FPGA厂商还处于发展期，市场占有率和营收规模还比较有限，但是可以说是国家的希望和未来国产替代需要考虑的因素对于国内这么大的FPGA市场，如果要进行FPGA国产化方案替代，以下几个因素是需要考虑的：1.工艺制程、门级规模、SerDes速率这3个参数，也是衡量FPGA基本性能的重要指标，工艺制程直接影响芯片的功耗、性能和成本，如果功耗过大，那么在硬件设计时就需要考虑电源的功率和散热问题制程同样也影响着门级规模，越高的制程工艺，那么在同样面积大小的晶圆上就可以做出更大规模的门级电路，当然也具有更大的设计空间SerDes的传输速率，则影响FPGA在进行高速数据传输、处理时的性能以市场占有率较高的Xilinx为例，最新的UltraSCALE+系列FPGA芯片的制程工艺已经达到了16nm，而国产FPGA厂商的大多产品还是28nm工艺2.可靠性、稳定性和一致性FPGA通常应用在一些需要高速、实时处理的场景，可靠性、稳定性极为重要芯片在不同温度、湿度、震动、盐雾等环境下的性能表现？芯片的寿命能使用多久？每颗芯片的性能参数是否在一定范围内保持一致？这些都是需要在进行国产化替代时，需要考虑的问题3.兼容芯片的兼容性和知识产权问题国产FPGA是从逆向设计转到自主研发的，有的国内FPGA厂商提供有完全兼容Xilinx、Altera部分型号的FPGA芯片，对于这类产品，需要考虑FPGA硬件和软件的兼容性硬件方面，是Pin对Pin兼容，可以无需修改电路直接替换，还是需要做一些改动，比如高速接口的阻抗匹配、走线长度等等软件方面，需要考虑开发工具的兼容性，比如FPGA开发、调试、下载工具，MCU开发工具，IP核和RTL级代码、原语的兼容性等等，是否需要在原来的开发环境基础上安装额外的补丁包来适配另外，如果你的产品需要出口到国外地区进行销售，使用兼容型号的FPGA芯片，可能会涉及到知识产权问题，要和芯片厂商沟通确认4.自研芯片的生态如果是完全自主研发的FPGA芯片，需要考虑芯片的生态，包括开发图形化EDA开发工具的使用，对第三方工具的支持，如Modelsim，是否支持Verilog/VHDL混合编程，提供的IP核的丰富程度，开发板，芯片手册/应用文档等5.性价比、货源芯片的性价比是极为重要的一个因素，相比于Xilinx和Altera，如果同等性能的芯片，国产FPGA芯片有价格优势，我相信很多用户会选择进行国产替代从设计角度来考虑，还需要看这款芯片的电源要求、外围电路、阻抗走线、封装等是否是常用的设计要求从供应链角度，需要考虑这款芯片的供货稳定性、供货周期等多个因素
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