FPGA的绝招：军工市场与低延迟通信

FPGA虽然在AI算力领域只占据小份额的端侧推理市场，跟在GPU后面“喝汤”，但在低轨通信和太空竞赛中，它是绝对的王者。

以航空航天为代表的军工品类只占到全球FPGA 80亿美元整体市场的不到15%，却能以小见大，是大国重器不可或缺的硬件底座。

马斯克手下的全球最大的商业卫星运营商SpaceX屡屡成为媒体头条，除了主打卫星通信的星链计划之外，该项目还承担火星殖民的远景任务，已经成为代表科技创新之美国梦的偶像级项目。如果我们打开SpaceX官方网站，再点击其招募条块，就会发现SpaceX正在大量招聘FPGA工程师（如下图）。

FPGA动态可重构的特点可以防止逻辑可编程模块被宇宙射线造成物理损坏，而且航空航天的小批量多品种且需要不俗算力（宽带卫星通信处理数据的能力）也让FPGA可以大显身手。而且，航空航天所需的导航、通信芯片是一个长尾市场，客观上为FPGA建立了一个避免ASIC骚扰的护城河。

回到本文开头。Xilinx和Altera近两年在俄罗斯出货不过区区3亿多美元，但其承担的有效打击敌人，减少自身消耗的战略价值却是难以估算的。从Xilinx的Zynq UltraScale系列加持下相控阵雷达的波束指向，到保证导弹精确打击的云台控制，再到卫星上观测停靠在地面上的中型飞机等，均会大量用到FPGA品类。

在更加敏感的军民两用领域，FPGA也有广阔的施展空间。FPGA可以用于ADAS的传感器融合领域以及激光雷达信号处理主芯片，还能配合SoC完成座舱域信号桥接，以及车身的电机控制。目前我国领先的激光雷达厂商如速腾聚创、禾赛等均采用了Xilinx的Zynq FPGA系列。

2018年10月，华为联手Xilinx宣布开发中国第一款云端高效率视讯编码（HVEC）解决方案。

此外，在5G基站中，FPGA可以在杆上的射频单元中负责无线信号的波束赋形工作。多年前，诺基亚面对华为和中兴在5G基站中的不断扩大的领先优势，冒险采用了FPGA作为处理器进入核心网序列，就是看中了FPGA上市快，可以先占点踩位的优势。不过后来被华为的ASIC解决方案打的溃不成军，主要是管理和产品用户定位出了问题，那是后话了。

如何看待FPGA战略与市场地位的不对称性

目前，半导体行业与全球地缘政治的变化的锚定度越来越强，自主可控的呼声和国产替代焦虑并存。

全球80多亿美元的FPGA的大盘，中国仅占五分之一左右，而且高端FPGA，即12nm以下工艺制程至少落后Xilinx两个代差，虽然近年来涌现出了复旦微电、安路科技、紫光系等有相当市场竞争力的FPGA企业，在军工、电子消费和通信市场各自逐渐划定了势力范围，但90%的份额仍被Xilinx、Altera、Lattice和Microchip四大海外巨头把持。

发力赶超，步步逼近，“x道超车”等等媒体经常渲染的芯片市场竞争话术也许放在FPGA这里并不太合适。考虑到FPGA所能带来的关涉国防安全和重大战略利益的高附加值，以及有限的市场成长性，战略选择和差异化竞争也许比盲目的工艺节点赶超更重要。

须知，FPGA因其布局布线只能在对应的FPGA厂商自己的EDA中完成，越是大型的设计，重新走一遍布局布线的沉没成本就越高，而布局布线恰恰是FPGA软件最核心的领域，FPGA可以当ASIC的原型验证工具使用，其客户粘性特别高。

Xilinx、Altera几十年来通过不断的产品迭代，辅以料号的铺散吞食了一些散沙化的市场。FPGA和CPU一样，工艺节点就代表市场份额占有能力，海外巨头纷纷往12nm以下进发之时，国内领头的复旦微电、安路科技等SoC FPGA大多还停留在28nm这一“甜蜜节点”上，与其和其争夺存量客户，不如另辟蹊径寻找自身发展新动能。

笔者对国内FPGA生态建设有以下建议。

首先，加强与国内高校的合作，进一步打通产学研结合。半导体各个品类中，FPGA在产-学融合上并非是务虚之辞，有着相当强的话语权。海外两大巨头Xilinx和Altera通常与学界紧密合作，诸如多伦多大学等科研院所为FPGA的架构演进和算法迭代做了非常重要的贡献，毕竟，布局布线是集成电路学院人才培养的基本功；

第二，模拟战争的沙盘推演，盘点FPGA品类的自主可控性。航空航天和相控阵雷达、红外设备等制程多在55nm-90nm左右，看重其低延迟、可靠性，可以通过国家队投资平台牵头孵化战时FPGA项目；

第三，在某些极端状态下，必要时可以通过类似“平准基金”的方式调控FPGA市场价格。2021年“缺芯潮”肆虐之时，我们看到Xilinx携手Altera涨价好几倍，店大欺客，进一步挤压了国产FPGA市场上的议价空间；

第四，FPGA+EDA+IP协同作战。目前FPGA厂商的竞争主线从逻辑编程的门级数转向集成度竞争，先后将DDR接口、CPU、GPU等许多功能嵌入到FPGA中，出现了所谓的FPGA“SoC”化的特性，叠加FPGA本身带来的EDA属性，因此FPGA厂商需要接口IP厂和EDA厂商协同发展，以泛发展联盟的姿态对接上下游发展需求，以牛芯半导体为例，该公司研发的高速Serdes IP和DDR IP就是专门对应FPGA的IP产品，市场反馈良好。

总之，FPGA不仅是芯片前端设计（布局布线）的硬通货，还是战时状态下国家利益保障的必需品，它的高价值性不应被碎片化的、小批量生产的终端应用所稀释，需要产业界携手摒弃以量取胜，以规模平摊成本盈利的思维模式，重新评定其战略地位，在风起于青萍之末，浪成于微澜之间的微妙关节点上做好不时之需。

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