FPGA有“万能芯片”之称，用户可根据自身需求，用硬件描述语言对FPGA的硬件电路进行设计，灵活性介于CPU、GPU等通用处理器及ASIC之间，功耗远小于CPU和GPU。由于FPGA的灵活性，很多使用通用处理器或ASIC难以实现的下层硬件控制操作技术利用FPGA可以很方便地实现，从而为算法功能实现和优化留出更大空间，因此除了传统的通信、消费电子、工控等领域广泛应用，还在数据中心、AI、汽车等领域备受青睐，应用场景越来越丰富。

FPGA的竞争格局呈现出一超一强的竞争格局。赛灵思在该领域的领导地位愈加显著，市场份额超过50%，大幅领先第二名的英特尔（Altera（31%）），与Lattice、Microchip等中小FPGA公司的优势也是极其明显的。

赛灵思和Altera凭借几十年的积累，在技术、专利、客户等方面形成了极高的“护城河”，也阻挡了众多中小FPGA公司的前进步伐。不过这些中小公司剑走偏锋，不断在细分领域挖掘机会，也形成了自己的特色和独特的竞争力，典型代表就是美国的Achronix。

出道较晚的Achronix靠嵌入式红遍FPGA

Achronix是一家总部位于加州圣克拉拉、成立于2004年的FPGA公司，在印度设有研发中心，深圳设有分支机构，也是唯一提供高性能和高密度独立FPGA和嵌入式FPGA解决方案的供应商。

2013年Achronix推出了Speedster22i FPGA系列产品，采用嵌入式系统级IP，用于高性能有线应用。Speedster22i系列是第一个特定于应用程序的FPGA，支持新的、创新的和高性能的可编程程序，公司也靠该产品走红FPGA市场。

Speedcore IP是Achronix推出的嵌入式FPGA IP概念，将FPGA的IP核嵌入在定制的SoC或ASIC中。与独立的FPGA设计过程不同，嵌入式FPGA（eFPGA）设计者可以选择客户应用程序所需的逻辑、DSP和内存资源，进一步提高了灵活性，同时还降低了系统成本。另外相比独立的FPGA，嵌入式FPGA IP还具有低功耗、低延迟和高带宽的优点：

资料来源：Achronix 嵌入式FPGA IP及应用示意图，公司官网整理，阿尔法经济研究

目前公司的eFPGA IP广泛应用高性能、计算密集型和需要实时处理的应用程序，比如AI、机器学习、5G和汽车等。

2019年Achronix推出了基于台积电7nm FInFET工艺的Speedster7t系列FPGA产品。在架构方面，Speedster7t采用了遍布芯片的2D NOC技术，类似于赛灵思的ACAP。在器件内核中，Speedster7t搭配专有的机器学习处理器（MLP），可执行高速算数功能，支持浮点、整数和块浮点等各种数字格式。

通过2D NOC技术，Speedster7t消除了传统FPGA使用可编程路由和逻辑查表资源在整个FPGA中移动数据流中出现的拥塞和性能瓶颈，可以2GHz的速度将数据从任何高速接口传输到FPGA内的核心逻辑阵列，而无需消耗任何FPGA逻辑资源。此外Speedster7t还集成了高带宽GDDR6接口、400G以太网、112Gbps SerDes和PCIe5端口等，对高带宽工作负载进行优化，吞吐量和容量等方面均有极佳的表现，消除了与传统FPGA相关的性能瓶颈。

资料来源：Achronix Speedster7t FPGA结构，公司官网整理，阿尔法经济研究

按照Achronix的介绍，Speedster7t系列产品完美融合了FPGA可编程性与ASIC的布线结构和计算引擎，创造了“FPGA+”的技术类型。该产品发布后也凭借性能、设计灵活性等优势，走红FPGA界。

Speedster7t系列发布至今已经推出了AC7t800等多款产品，最新款AC7t6000在LUT数量、存储容量、带宽等方面均有大幅提升：

资料来源：Achronix Speedster7t系列产品，公司官网，阿尔法经济研究

值得一提的是，Achronix还与BittWare合作开发了VectorPath S7t-VG6加速卡，满足云计算、边缘计算对日益增加的分布式加速需求。截止今年一季度末，公司的Speedcore eFPGA IP出货量超过千万个。

资料来源：Achronix VectorPath S7t-VG6加速卡，公开资料整理，阿尔法经济研究

安路科技VS复旦微，后起之秀与老树新花的FPGA国产化对比

国内FPGA市场同样被赛灵思等垄断。以出货量统计，2019年赛灵思、Altera占有国内FPGA市场的55.1%和36%，Lattice占有5.2%的市场份额，三家市占率合计达到96.3%，安路科技市占率仅为0.9%，复旦微还处于其他一栏：

资料来源：全球及中国FPGA竞争格局，国信证券研报，阿尔法经济研究

复旦微2004年开始进行FPGA的研发，于2018年率先推出28nm制程的亿门极FPGA产品，传输速度达到13.1Gbps，填补了国产高端FPGA的空白。除了千万门级和亿门级FPGA，复旦微还基于FPGA研发出嵌入式可编程器件PSoC芯片，为人脸识别、计算机视觉等新兴领域提供性价比更优、可靠性更强的人工智能PSoC解决方案。

资料来源：复旦微业务，国金证券研报，阿尔法经济研究

在FPGA领域，复旦微第一是开启了14/16nm制程的10亿门级FPGA的研发，追赶赛灵思和Altera等巨头；第二是基于高端可编程片上系统的器件及系统电路研制基础，面向AI技术在视频、图像处理领域的应用，结合先进的低功耗处理器技术与深度神经网络算法，研制用于推断、边缘计算、小型化便携式终端的智能计算芯片，同时研发配套的开发软件，建立起产品设计、芯片测试和芯片产品可靠性保障平台。

复旦微的可编程片上系统芯片（PSoC）思路与Achronix的嵌入式FPGA IP思路有相似之处，但也有明显不同。不过两公司的目的都是突破现有FPGA产品发展瓶颈，大幅提升芯片任务处理性能。

资料来源：复旦微PSoC芯片示意图，公司招股书，阿尔法经济研究

笔者认为复旦微与Achronix在FPGA上的最大不同，就是复旦微拿钱买IP，而Achronix则是靠独有的IP卖钱。招股书显示，复旦微将投入3600万元用于IP固定授权费，这笔钱也是不小的数目。

复旦微FPGA有一定特殊性，目前安路科技是国产FPGA发展最好的公司了。2019年以出货量统计，安路科技是FPGA排名第一的国产供应商。业务上，公司不仅能提供ELF、EAGLE和Phoenix三大系列FPGA芯片，还推出TangDynasty软件，为客户提供简洁高效的应用设计开发环境。

安路科技的营收主要来自网络通信领域，营收占比超过60%，这其中神秘的A客户及其关联方在2019-2020年分别贡献了73.2%和55.3%的营收，中兴通讯也是公司重要的直销客户。不过受经营环境变化影响，A客户已暂停向公司下单新订单，且目前无法准确估计恢复供应的时间，给公司经营带来一定不确定性：

资料来源：安陆科技营收构成，公司招股书，阿尔法经济研究

2018-2020年安路科技FPGA营收为0.27亿元、1.21亿元和2.80亿元，同期复旦微FPGA营收为0.69亿元、0.84亿元和1.53亿元。复旦微FPGA及其他芯片单价为2.43元/颗、2.27元/颗和2.81元/颗，同期安路科技FPGA单价为14.51元/颗、13.78元/颗和13.06元/颗，实际上复旦微的销量是高于安路科技的。

与复旦微一样，安路科技的IP来自Cadence、Hardent等的授权；在募投项目上公司将3.01亿元用于现场可编程系统级芯片（FPSoC）研发项目：

资料来源：安路科技IP来源及募投项目，公司招股书，阿尔法经济研究

安路科技的FPSoC是在单芯片上高度集成了CPU、FPGA、存储接口、IO外设接口甚至AI专用引擎等模块，具有面积小、成本低、片内信息高速传输、数据安全可靠等优势。

安路科技的FPSoC分低功耗和高性能两个方向，其中高性能FPSoC是通过集成高性能CPU、缓存器、直接存储器DMA、高性能SerDes/PCIe接口和高速DDR3/DDR4/DDR5接口和以太网外设接口等功能模块，以高性能和高吞吐量为设计目标，满足网络通信、视频处理等领域对FPSoC芯片的需求。

以Achronix和安路科技等为代表的的中小FPGA公司玩起了嵌入式和高集成，赛灵思和Altera也没闲着。赛灵思的Versal系列号称业界首款ACAP，即自适应计算加速平台，集成了CPU、GPU、FPGA、Programmable NoC、DMA、PCIe5和100G以太网等功能，可实现特定域的自适应架构，为整个应用加速。

资料来源：赛灵思Versal架构示意图，公司官网，阿尔法经济研究

目前赛灵思已经推出Prime系列、AI Core系列、Premium系列、AI Edge系列和HBM系列等，满足不同领域的需求。

从这些FPGA公司发展趋势来看，基于FPGA的嵌入式系统(SoPC)技术在可编程领域日益成熟，赛灵思、Achronix等的发展历程及安路科技等的发展规划均揭示了这一趋势。其次FPGA向着更高性能、更高密度、更高传输速率和更低功耗等方向发展，这需要先进制造工艺的支撑。

第三是动态可重构技术，要求对特定结构的FPGA芯片，在一定控制逻辑驱动下，对芯片全部或部分逻辑资源进行高速功能切换，实现硬件时分复用，节省逻辑资源。

从发展路径来看，安路科技和复旦微看起来更像赛灵思，是摸着赛灵思过FPGA这条河的，Achronix的模式仍然是独一无二的。

最后笔者提一下基于IP库的设计方法，主要是随着FPGA芯片密度越来越高，传统的设计方法很难满足设计需要。同时专业的IP公司不断推出商业化的IP种类，又很好地满足了FPGA的设计需求。不过目前在FPGA IP领域，国内既缺乏诸如Cadence等此类IP公司，Achronix此类的细分化、专业化的IP公司也尚未出现，IP均存在严重依赖。

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