最近公司在进行FPGA国产化计划的准备工作正在进行市场调研，并与国内几家公司预约FPGA制造商的市场工程师进行沟通。
关于FPGA，我是半路出家，毕业后做了一年左右MCU后来，由于项目需要接触FPGA开发，然后学习FPGA，之后一直在做FPGA其实我真的用了相关的工作。FPGA时间只有4年。
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本文将讨论当前的中国FPGA发展到什么水平？做得好的公司有哪些？FPGA国产替代需要考虑哪些因素？
从网络和官方网站上参考一些内容和数据。如果有错误或不准确的地方，我希望与你讨论和学习。
广泛应用于其他优势高速、大数据量等领域，IC和ASIC设计早期原型验证系统。
自1985年由Xilinx创始人之一Ross Freeman全球发明后**90%**的FPGA市场一直被外国制造商占有。
FPGA市场前景极具吸引力，芯片行业门槛无与伦比。FPGA自发明以来，全球约有60家公司投资，一个接一个的尝试FPGA这块高地，其中不乏Intel、IBM、TI、Motorola、Philips、TOSHIBA、SAMSUNG位于硅谷的四家公司最终成功登顶：Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi，前两家公司占据了全球近90%的市场份额，同时也拥有FPGA该领域的绝大多数专利都形成了高不可攀的专利。
疫情席卷全球，FPGA上下游芯片生产企业受到影响，导致芯片生产FPGA芯片价格上涨很高，一些用量大的中低端FPGA产品的价格是原来的几十倍，而且是有价无市的！一些高端、高性能的FPGA相反，芯片的价格并没有那么贵。果然，市场决定了价格！
有哪些国产FPGA厂商
虽然FPGA芯片行业有很高的技术壁垒，但中国从未停止对抗FPGA从逆向设计到技术探索，从军工到广阔的工业和民用领域。
目前主流的FPGA厂家主要有以下公司，产品基本应用于通信、工业、军工、消费电子等领域。
1.紫光同创(深圳)
https://www.pangomicro.com/
紫光同创的FPGA产品分为3大系列：**。**
**。第一个国产自主产权是千万高性能**FPGA产品，174K等效LUT4单元，最高频率5000MHz，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。
**。**全新LUT5结构，集成RAM、DSP、ADC、SERDES、DDR3.电影资源丰富，支持各种标准IO，LVDS、MIPI界面广泛应用于工业控制、通信、消费等领域，是大批量、成本敏感项目的理想选择。
**。**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，支持3.3/2.5V内核、或1.2V适用于系统配置、接口扩展与桥接、板级电源管理、上电时序管理、传感器集成等应用要求。
紫光同创的FPGA产品软硬件生态较好，芯片文档手册、评估板及下载器，EDA软件与License、IP核资源、线下培训、大学计划、比赛赞助等都做得很好。
下图为紫光同创与黑金动力社区联合生产的开发板：
2.安路科技(上海)
http://www.anlogic.com/
FPGA共有两大系列：
分为两种产品型号：EG4和AL3。
：19600个 LUT，55nm工艺，静态功耗最低5.5mA，DSP、BRAM、高速差分IO，用户IO71到193，8位ADC，1M采样率，8通道输入。
：8640个 LUT，65nm工艺，静态功耗最低4mA，用户IO从60到184，数量丰富DSP、BRAM、高速差分IO等资源，强大的引脚兼容替代性能。
小精灵系列FPGA，共有三代产品，，无需外部即时启动Flash，支持OTP模式，55nm工艺，部分产品型号嵌入硬核MCU。
安路科技也自主研发FPGA综合开发环境——(TD)，支持标准的设计输入模式、完整的电路优化过程和丰富的分析和调试工具，为所有基于安路技术的人提供良好的第三方设计验证工具接口FPGA有力支持产品的应用设计。
3.高云半导体(广州)
http://www.gowinsemi.com.cn/
FPGA产品主要有两个系列：。
55nm SRAM工艺，性能高 DSP 资源，高速 LVDS 接口丰富 B-SRAM 适用于高速低成本应用的存储资源。
非易失性可编辑逻辑器件，功耗低，成本低，瞬时启动，安全性高。SoC产品和非SoC产品，SoC产品，GW1NS嵌入系列产品 USB2.0 PHY、用户闪存和 ADC 转换器。
SoC本产品实现了可编程逻辑器件与嵌入式处理器的无缝连接，与各种外围设备标准兼容，可大大降低用户成本，可广泛使用 广泛应用于工业控制、通信、物联网、伺服驱动、消费等领域。
GW1NRF系列，以 32 以位硬核微处理器为核心，支持蓝牙 5.0 低功耗射频功能，逻辑单元丰富，嵌入式 B-SRAM 和 DSP 资源，IO 资源丰富，系统内有电源管理模块和安全加密模块。
4.复旦微(上海)
http://www.fmsh.com
复旦微旦微FPGA目前，领域技术领先的公司之一可以提供数千万的门级FPGA芯片，亿门级FPGA芯片和嵌入式可编程器件（PSoC）三系列产品。复旦微的亿门级FPGA芯片，基于28nm工艺工艺，采用行业先进CMOS该工艺是中国最早成功开发的亿门级工艺FPGA芯片，目前已实现量产销售。
2019年，复旦推出了致力于完整可编程器件开发流程的自主研发工具软件，是国内FPGA第一个超大规模的全过程领域EDA设计工具界面友好，功能强大，使用方便，但由于推出时间比赛灵思好Vivado后期版本迭代次数相对较少，开发工具的各种功能和可用性IP库还需要进一步完善。
公司也在积极开发新一代14/16nm结合工艺工艺10亿门级产品的开发CPU、AI技术在中国率先发展PSoC芯片，拓展新战场，保持公司在国内FPGA技术领先地位。
但与行业龙头赛灵思截至2021年4月的收入相比，.公司2020年的收入只有48亿美元.53亿元的经营规模仍存在较大差距。
下图基于复旦微FMQL45T900芯片开发板可替代Xilinx ZYNQ FPGA 7045，集成FPGA和四核ARM Cortex-A7。
5.智多晶(西安)
http://www.isilicontech.com/
分为三个系列：。
64、128、256逻辑单元可选，0.162um工艺，最大频率Fmax=322MHz
5K、12K、25K逻辑单元可选，低功耗55nm工艺，内置硬核DSP，，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。
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，、ADC、DDR2/3控制器。
6.京微齐力（北京）
http://hercules-micro.com/
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。
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。
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。
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。
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。
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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，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。
总结
相比于Xilinx、Altera等FPGA巨头，国内FPGA研发起步较晚，但差距在逐渐缩小，和头部厂商的差距已经由三代缩短到两代。在当前国家对芯片行业的大力支持下，以及FPGA在5G和AI领域的广泛应用，这些现状对于国产FPGA厂商来说，是一个难得的机遇。
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