2021年瑞薩收購Dialog并進入FPGA市場，主打低于5000邏輯門的應用，如果說彼時FPGA市場尚未引起轟動，那么2022年AMD以500億美元收購賽靈思的熱度徹底將FPGA推向了風口浪尖。

　　3月25日，國產半導體公司成都華微電子申請科創板上市被受理。成都華微的招股書顯示公司從2018年到2021年的前三季度FPGA銷量分別為1.05萬顆、1.70萬顆、3.00萬顆和2.41萬顆，銷售單價分別為2509.66 元、2527.89元、2369.17元和3489.77元。量價齊飛的數據再次展現了FPGA市場的火熱。

　　那么FPGA市場為何被國內外半導體公司看好?而在FPGA火熱的當下，常被拿來與FPGA比較的ASIC芯片是否已經成為時代的眼淚?

　　FPGA為何火熱?

　　現場可編程門陣列 (FPGA) 是具有可編程硬件結構的集成電路。FPGA內部的電路旨在實現各種不同的功能，并且可以根據需要重新編程以執行這些功能。因此，就靈活性和快速上市時間而言，FPGA通常是絕佳的選擇。

　　FPGA可以在制造后由用戶編程用于特定用途。FPGA包含通過可編程互連連接的自適應邏輯模塊 (ALM) 和邏輯元件(LE)。這些塊創建了邏輯門的物理陣列，可以定制以執行特定的計算任務。

　　FPGA可以用于從計算機或服務器中的硬件加速，去處理重復性和計算密集型任務。SmartNIC是一種特定類型的FPGA應用程序，它允許對數據包執行高級操作，例如隧道終止、對數據包應用復雜的流分類和過濾機制、計量和整形。這些功能通常由CPU執行，但SmartNIC允許卸載它們，從而釋放服務器資源以專注于其主要任務。

　　標準CPU的主要制造商正在通過收購專門從事FPGA的公司來擴展其產品組合。2015 年，英特爾收購了美國可編程邏輯器件 (PLD) 制造商Altera，微軟已經將英特爾FPGA的多功能性用于加速AI。去年AMD收購了發明FPGA架構的公司Xilinx，讓業界看到CPU巨頭對FPGA的重視。

　　FPGA的最大賣點是FPGA可以由客戶在實驗室或現場預制和編程。它們不需要一次性工程費用 (NRE)，并且可以幫助創新者極快地進入市場。這使得FPGA 成為在快速變化的環境中實現差異化的絕佳選擇。

　　國產半導體入局FPGA

　　1985年Xilinx創造了FPGA芯片，隨后Xilinx、Altera、Lattice等公司通過近9000項專利建立出對FPGA的絕對壟斷。目前全球FPGA市場由四大巨頭AMD(Xilinx)、英特爾、Lattice、Microsemi壟斷，四大廠商的市場占有率達到了96%。

　　中國FPGA市場從2016年的約65.5億元增長至2020年的150.3億元，年均復合增長率約為23.1%。預計到2025年，中國FPGA市場規模將達到約332.2億元。目前國內生產FPGA的廠商包括紫光國微、復旦微電子、成都華微、安路科技、高云半導體、易靈思等。

　　紫光國微參股子公司紫光同創專業從事包括FPGA在內的可編程邏輯器件業務，中小規模FPGA多款產品逐步成熟、穩步上量發貨，在視頻圖像處理、工控和消費市場領域取得應用。同時公司也在開發大規模FPGA。

　　復旦微是國內最早推出億門級FPGA產品的廠商，2021年全年復旦微FPGA全年營收4.3億元，同比增長109.49%，毛利率高達85%，目前復旦微正在研發14/16nm工藝制程的10億門級產品。

　　開篇所說的成都華微擬通過IPO募集2.2億用于在千萬門級高性能 FPGA 的研發，以及對 28nm 及以下先進工藝，億門級超大容量 FPGA 進行預研究、預設計、預開發等工作。

　　安路科技在2021年上市，目前已經建立其高性價比系列、低功耗系列、高性能系列矩陣，產品覆蓋網絡通信、工業控制、消費電子和數據中心領域。

　　高云半導體的FPGA在車規級產品上取得一定突破，已有數款 FPGA 通過車規認證，并在諸多國內外著名車企的數十款車中批量出貨。

　　此外易靈思的FPGA產品也已經在熱成像相機、工控、顯示等領域被采用，也推出了車規級FPGA產品。

　　可以看到國內涉足FPGA的半導體廠商不少，而有潛力的市場也讓一些廠商得到資本市場的助力。正在IPO的成都華微與已經上市的安路科技均是華大半導體控股的公司，足以見得國內半導體產業也對FPGA這條賽道充滿信心。但這是否就意味著ASIC失去活力了呢?

　　被“冷落”的ASIC芯片

　　專用集成電路 (ASIC) 是為特定功能而專門構建和批量生產的。與 FPGA 不同，它們不能重新編程，并且需要大量的 NRE 投資。使用基于標準單元的 ASIC，必須定制集成電路的每一層。這需要專門的設計團隊和軟件工具來設計預期功能，并在測試設計 (DFT) 架構開發方面進行大量投資，以確保設計可制造并具有良好的質量。

　　但ASIC也有著其獨有的優勢。一個 ASIC 比 PC 板上的多個互連標準產品要小。尺寸的可變性允許芯片根據需要盡可能小或大。由于其較小的物理尺寸，與標準組件的集合相比，ASIC 設備可以使用更少的電力。此外，ASIC 僅包含應用所需的電路，因此，由于微型尺寸和功率要求，芯片效率更高。隨著新功能的成熟，強化集成電路設計會更加經濟和節能。

　　除了尺寸、功率和性能之外，ASIC 芯片還為使用者提供 IP 保護，這與標準產品不同，每個用戶可以擁有自己獨一無二的芯片，更容易將自己與競爭對手區分開來。

　　雖然開發 ASIC 需要初始投資較高，但這項投資的回報非常高。除了可能的性能增強外，使用 ASIC 的產品需要的電子元件更少，而且組裝成本更低。擁有更少的零件意味著更高的整體可靠性。ASIC 可以在單個芯片上容納許多不同的系統，因此，在組裝最終產品時，需要接觸到的供應商要少得多，許多零件的產品的采購和生產計劃將減少。

　　ASIC的應用領域也十分廣泛包括醫療、工業、軍事、航空等領域。其中虛擬幣是主要應用領域之一，這主要是因為相對于GPU、FPGA來說ASIC的能效更高。

　　Research and Markets的報告顯示2018 年全球 ASIC 芯片市場規模為 148.7 億美元，到 2025 年，全球 ASIC 芯片市場規模預計將達到 247 億美元，在預測期內以 8.2% 的復合年增長率增長。從數據上可以看到，其實ASIC芯片的市場規模并不小。據比特大陸招股書顯示算圍繞其ASIC芯片及相關業務，在2018年收入達到28.46億美元。不過由于虛擬幣“挖礦”在中國受到限制全球ASIC市場規模增速或許會小幅度放緩。

　　FPGA 與ASIC，各有裨益

　　ASIC芯片的缺點也很明顯。因為ASIC芯片是針對特定應用設計的，芯片能處理的算法是單一的，當算法發生變化之后，針對之前的算法設計的ASIC芯片無法作出相應更新，那么它的效能就會大打折扣。

　　特別是在AI、服務器這類領域，在各種算法不斷迭代的情況下，ASIC芯片的特性反而成為了它的累贅。一款芯片生產需要耗費的除了金錢成本還有時間成本，即使是“不差錢”的頭部公司也不會為了每次更新耗費時間、人力設計ASIC芯片。畢竟搶占市場，能否最快速度的讓前沿技術商用化也是衡量一家科技公司實力的重要標準之一。這就是為何無論是AMD還是英特爾都在FPGA領域發力的重要原因。

　　通過對比FPGA與ASIC的性能，我們可以發現。其實ASIC與FPGA之間的關系并不是誰取代誰，更多的是在不同領域各自發力。

　　因為技術總會在不斷的發展，在面對一個新的技術和應用的時候，算法會不斷的進行快速升級，在這種情況下FPGA會更為合適。而對于那些軟件、算法已經相對成熟和穩定的領域，ASIC的性價比就會體現出來。

　　舉例來說，ASIC的NRE是150 萬美元但單位成本只需要4 美元而FPGA的NRE是0美元但FPGA單位成本可能達到8 美元，是ASIC的兩倍。

　　在這樣的情況下，ASIC項目與FPGA項目存在一個平衡點，雖然ASIC項目需要150萬美元的NRE，但與 FPGA 相比在40萬個單位的數量之后，ASIC開始更具成本效益。因此人臉識別、語音識別等廠商們在新的技術應用之初，可能會選擇FPGA，進行不斷地調整優化以適應算法的演進。等到相應的技術成熟，可以大規模部署生產的時候，廠商們就會通過定制ASIC芯片去提升性價比以及最優化性能。

　　在這樣的過程中，我們可以發現FPGA芯片的火熱并不是為了淘汰ASIC芯片，而是一種互相成就。賽靈思稱自己的架構與器件、設計套件組合為領先的 ASIC 和 SoC 平臺的需求提供了理想的解決方案。例如，英飛凌就與賽靈思和 Xylon 合作推出了新的 Xylon IP 內核 logiHSSL。這允許 Xilinx 的SoC、MPSoC 和 FPGA 器件與英飛凌的 AURIX? TC2xx 和 TC3xx 微控制器之間通過英飛凌高速串行鏈路 (HSSL) 進行高速通信。通過HSSL 接口，客戶的 ASIC 和 AURIX 設備之間交換數據，以實現功能擴展或性能。

　　結構化 ASIC應運而生

　　既然FPGA與ASIC各有優勢，學術界也展開了結合ASIC與FPGA的技術探索。

　　英特爾就提出了結構化ASIC的概念。結構化 ASIC 是 FPGA 和基于單元的 ASIC 之間的增量步驟。結構化 ASIC 以具有邏輯、內存、I/O、收發器和硬核處理器系統的通用基礎陣列開始。設計人員只需定制互連，跳過基于單元的 ASIC 設計流程中涉及的許多步驟，而是專注于實現所需的定制功能。

　　從本質上講，與 FPGA 相比，結構化 ASIC 具有更低的功耗和更低的單位成本，并且與基于單元的 ASIC 相比，具有更低的 NRE 和更快的上市時間。

　　在科學研究上，我們樂于看到百家爭鳴，無論FPGA還是ASIC，代表的都是科技越來越多的可能性。