近日，毅達資本完成對芯慧微電子（山東）有限公司（以下簡稱“芯慧微”）的A輪領(lǐng)投。本輪資金將主要用于新一代十億門級FPGA和PSoC產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品研發(fā)和28nm億門級高性能FPGA產(chǎn)品升級、量產(chǎn)和系列化工作。

芯慧微成立于2019年，專注國產(chǎn)高性能FPGA芯片及各類相關(guān)IP的設(shè)計、生產(chǎn)和銷售。公司目前形成了FPGA芯片、eFPGA、FPGA系統(tǒng)應(yīng)用解決方案及SoC與IP核設(shè)計服務(wù)等三大核心業(yè)務(wù)板塊，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于異構(gòu)計算、信息安全、人工智能、邊緣計算、計算加速等新興產(chǎn)業(yè)方向和前沿技術(shù)領(lǐng)域。

據(jù)芯傳感了解，芯慧微源自于原中國科學(xué)院電子學(xué)研究所可編程芯片與系統(tǒng)研究室，在濟南、北京兩地設(shè)有芯片技術(shù)研發(fā)中心。公司核心團隊由來自于中國科學(xué)院和國內(nèi)外集成電路領(lǐng)域知名研發(fā)機構(gòu)和高校的資深專業(yè)人士組成，研發(fā)人員中80%以上具有博士、碩士學(xué)位，畢業(yè)院校包括劍橋大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)等著名學(xué)府。

國產(chǎn)FPGA芯片“迎難而上”

FPGA（Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）是在硅片上預(yù)先設(shè)計實現(xiàn)的具有可編程特性的集成電路，它能夠按照設(shè)計人員的需求通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，讓客戶不必依賴由芯片制造商設(shè)計和制造的ASIC芯片，廣泛應(yīng)用在原型驗證、高性能計算和實時信號處理領(lǐng)域。

雖然有“萬能芯片”的美譽，但是FPGA在全球范圍內(nèi)市場規(guī)模還非常有限，遠不及CPU及GPU市場規(guī)模。造成這一種現(xiàn)象的原因，最主要是FPGA行業(yè)門檻非常高。

另外，F(xiàn)PGA一直是國內(nèi)的短板，市場基本被國外壟斷。目前，全球FPGA市場基本被四大巨頭壟斷：Xilinx（賽靈思）、Intel（英特爾，此前收購了Altera）、Lattice（萊迪思）、Microsemi(美高森美)。國內(nèi)FPGA廠商有高云半導(dǎo)體、京微齊力、上海安路、紫光同創(chuàng)、AGM和上海復(fù)旦微等。

國內(nèi)FPGA企業(yè)在初期常借鑒國外產(chǎn)品，但大規(guī)模市場推廣需解決技術(shù)專利難題，因國外企業(yè)已壟斷多數(shù)專利。自主開發(fā)芯片結(jié)構(gòu)以避免侵權(quán)，對國內(nèi)企業(yè)是巨大挑戰(zhàn)。

此外，F(xiàn)PGA開發(fā)中的仿真工具長期依賴進口，也是國內(nèi)企業(yè)面臨的另一大挑戰(zhàn)，需軟硬件持續(xù)投入。目前，國內(nèi)企業(yè)在軟件突破上已取得一定成績。

隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)，人工智能和自動駕駛等新興市場的加速發(fā)展，F(xiàn)PGA規(guī)模持續(xù)增長。2023年中國FPGA市場規(guī)模約為249.9億元，較上年增長19.68%。根據(jù)預(yù)測，2024年中國FPGA市場規(guī)模將達到290.1億元。

FPGA 芯片因為其現(xiàn)場可編程的靈活性和不斷提升的電路性能，下游細分市場非常豐富，包括工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域需求增長明確，發(fā)展空間廣闊。工業(yè)領(lǐng)域、 通信領(lǐng)域、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車領(lǐng)域 、人工智能分別占比為 31.54%、41.32%、6.25%、10.71%、6.32%、3.86%。

2018年至2022年，安路科技和復(fù)旦微電FPGA相關(guān)業(yè)務(wù)營收，合計從2018年的0.96億元增長至2022年的18.23億元，CAGR為108.75%。國內(nèi)企業(yè)的FPGA相關(guān)業(yè)務(wù)營收增速快于板塊的整體增速，F(xiàn)PGA國產(chǎn)化替代正在快速推進。

國產(chǎn)替代需要考慮的因素

對于國內(nèi)這么大的FPGA市場，如果要進行FPGA國產(chǎn)化方案替代，以下幾個因素是需要考慮的：

1.工藝制程、門級規(guī)模、SerDes速率 

這3個參數(shù)，也是衡量FPGA基本性能的重要指標，工藝制程直接影響芯片的功耗、性能和成本，如果功耗過大，那么在硬件設(shè)計時就需要考慮電源的功率和散熱問題。制程同樣也影響著門級規(guī)模，越高的制程工藝，那么在同樣面積大小的晶圓上就可以做出更大規(guī)模的門級電路，當(dāng)然也具有更大的設(shè)計空間。SerDes的傳輸速率，則影響FPGA在進行高速數(shù)據(jù)傳輸、處理時的性能。

2.可靠性、穩(wěn)定性和一致性 

FPGA通常應(yīng)用在一些需要高速、實時處理的場景，可靠性、穩(wěn)定性極為重要。芯片在不同溫度、濕度、震動、鹽霧等環(huán)境下的性能表現(xiàn)？芯片的壽命能使用多久？每顆芯片的性能參數(shù)是否在一定范圍內(nèi)保持一致？這些都是需要在進行國產(chǎn)化替代時，需要考慮的問題。 

3.兼容芯片的兼容性和知識產(chǎn)權(quán)問題 

國產(chǎn)FPGA是從逆向設(shè)計轉(zhuǎn)到自主研發(fā)的，有的國內(nèi)FPGA廠商提供有完全兼容Xilinx、Altera部分型號的FPGA芯片，對于這類產(chǎn)品，需要考慮FPGA硬件和軟件的兼容性。硬件方面，是Pin對Pin兼容，可以無需修改電路直接替換，還是需要做一些改動，比如高速接口的阻抗匹配、走線長度等等。軟件方面，需要考慮開發(fā)工具的兼容性，比如FPGA開發(fā)、調(diào)試、下載工具，MCU開發(fā)工具，IP核和RTL級代碼、原語的兼容性等等，是否需要在原來的開發(fā)環(huán)境基礎(chǔ)上安裝額外的補丁包來適配。另外，如果你的產(chǎn)品需要出口到國外地區(qū)進行銷售，使用兼容型號的FPGA芯片，可能會涉及到知識產(chǎn)權(quán)問題，要和芯片廠商溝通確認。 

4.自研芯片的生態(tài) 

如果是完全自主研發(fā)的FPGA芯片，需要考慮芯片的生態(tài)，包括開發(fā)圖形化EDA開發(fā)工具的使用，對第三方工具的支持，如Modelsim，是否支持Verilog/VHDL混合編程，提供的IP核的豐富程度，開發(fā)板，芯片手冊/應(yīng)用文檔等。

5.性價比、貨源 

芯片的性價比是極為重要的一個因素，相比于Xilinx和Altera，如果同等性能的芯片，國產(chǎn)FPGA芯片有價格優(yōu)勢，我相信很多用戶會選擇進行國產(chǎn)替代。從設(shè)計角度來考慮，還需要看這款芯片的電源要求、外圍電路、阻抗走線、封裝等是否是常用的設(shè)計要求。從供應(yīng)鏈角度，需要考慮這款芯片的供貨穩(wěn)定性、供貨周期等多個因素。