白话FPGA ，带你走进集成电路新世界

新ちゃん

很多小伙伴要求用讲人话的方式说说FPGA的那些事，不能包含太复杂的概念和图片，务必要通俗易懂！于是乎，下面这篇文章就诞生了，说实话，这可不是件容易的事情！下面且听智哥细说。

一、综述

可以打几个比喻来说，对于热爱乐高的人来说 FPGA 设计就像搭积木，对于爱涂鸦的人来说FPGA就像是一张精密的画布。借助赛灵思这样的FPGA厂商提供给设计师的易用的“画笔”，有创意的设计师就能根据需求创作自己心仪的作品。

FPGA的中文大名是“现场可编程门阵列”，于 1985 年由 Xilinx 创始人之一 Ross Freeman 发明。具体来说，FPGA是一个电子元器件，它不是协议，也不是编程语言。它就像一个盒子，里面是各种逻辑门（逻辑门是在集成电路上的基本组件，简单的逻辑门可由晶体管组成），你可以用这些门组成各种数字电路。

所以，FPGA编程本身指的就是编辑内部的电路结构。另外，给FPGA编程的语言就是硬件描述语言。你可以理解为FPGA这东西修改的是内部硬件，需要什么就改改，FPGA 芯片可以每隔几秒就改变芯片上的运行硬件设计，这就意味着采用这种技术的产品扩展性才这么好。

在FPGA领域，最高大上的是宇航级抗辐射芯片。据说，Xilinx 7系列单颗最高等级宇航级芯片，可以买到北广深一线城市的一套房子。

中国的FPGA现状

中国的FPGA现状早在90年代，中国人已经开始了FPGA板级产品的研制。经过20多年的发展，已经从板级跨越到芯片级，不管是千万门级，还是宇航抗辐射级，都逐渐进入了FPGA强国行列。2013年，俄罗斯曾经提议，用他们的发动机换取中国的宇航级芯片，说的就是CPU和FPGA。

由于中国要搞空间站，探月三期，大火箭，大型高容量通信卫星，天基红外预警卫星，中国自己研制。还是拿比较核心的FPGA来说，Xilinx 7系列里面的航天级FPGA除了用非常手段外我们肯定拿不到。

国外拥有 FPGA企业约 1.6-2 万项专利，且许多都是核心专利，中国拥有的 FPGA 研发相关专利不超过 500 项此国内厂商非常欠缺 FPGA 核心技术，致使国内厂商发展不易，全球大部分 FPGA 核心人才都在美国，至少有 1 万人以上，有少部分在新加坡等，而国内 FPGA 的研发人才非常少，不超过 1000 人，且国外 FPGA 人才的储备能量也远远高于我国；赛灵思/Altera 每年的研发投入分别约 5 亿 /4 亿美元。

二、市场

全球 FPGA 市场规模持续攀升，亚太是 FPGA 主要市场，未来产业发展可期。根 据 Gartner 的数据，全球 FPGA 市场规模 2025 年达到 125 亿美元，未来市场增速稳中有升。亚太区占比达到 42%，是 FPGA 主要市场，中国 FPGA 市场规模约 100 亿人民币，未来随着中国 5G 部署及 AI 技术发展，国内 FPGA 规模有望进一步扩大。

三、应用领域

目前 FPGA 在通讯领域应用占比约 40%，消费电子占据 23%；根据 MRFR 预测 至 2025 年时最大的应用领域将是汽车，占比 29%，而数据中心以及工业的占比也将直 线上升至 13%和 19%.

汽车领域

汽车领域目前汽车相机以及传感器中， FPGA 的应用已经相对成熟，而在未来发展的趋势中，FPGA 将是最合适用于处理越来越复杂的 ADAS 和自动驾驶功能的芯片。

例如，辅助驾驶系统视频分析功能采用超低延时精确算法，对来自车辆摄像机的实时视频输入进行分析，在瞬间做出判断。FPGA 在未来汽车中主要应用在 ADAS/AD 系统、马达控制、激光雷达、车载信息娱乐系统和驾驶员信息系统，成长空间很大。

使用 FPGA 能持续适应汽车产业所新增的需求，而无需进行重新设计及生产新芯片，真正实现芯片的个性化，可定制化，以及可更改化。自动驾驶技术的发展将提高 FPGA 在汽车半导体中的价值占比。

通讯领域

FPGA 在通信领域中获得广泛应用，主要鉴于它的可编程灵活性，在通讯协议经常变化和升级的情况下具有不可替代的地位。在全球 5G 基础设施建设进程下，FPGA作为核心零部件，用量也会随之提升，IoT、终端设备及边缘计算领域的 FPGA 需求也将增长。

FPGA 通讯领域基本为赛灵思和 Altera 所垄断，下游客户以 5G 设备供应商和移动运营商为主。而作为 5G 早期部署阶段的绝对龙头，赛灵思揽获了行业客户超过 90%的 Pre-5G 部署和超 80%的 5G 测试设备。2019财年，赛灵思的收入历史上首次突破30亿大关，比2018财年增长24%，通信收入较上一财年增长34%。

数据中心

数据中心逻辑芯片是百亿美元市场，低延迟+高吞吐奠定 FPGA 核心优势。根据 Intel 披露的数据，数据中心领域逻辑芯片市场规模 2022 年 有望达到 80-100 亿美元。数据中心 FPGA 主要用在硬件加速。

四、就业

通信设备公司

通信是FPGA的重要市场，通信设备厂商会有通信逻辑岗位来开发设备中的 FPGA/ASIC 芯片，当前通信设备的ASIC化越来越高，但FPGA在设备开发流程，ASIC芯片开发需求验证等环节中仍有需求，开发面向无线通信，光接入网，网络通信的应用，就业单位：华为/中兴/思科/爱立信/诺基亚西门子等。

IC设计公司

有两类职位：FPGA原型验证/IC设计验证，前者是FPGA本行，后者偏向微电子，就业单位：华为海思/若干或新兴或传统的国内IC企业。

高附加值产品公司

医疗图像类公司/图像处理/嵌入式/测试设备厂商/高速协议实现经历/高频交易等金融类应用

硬件加速应用

①数据中心加速BAT等互联网公司，云以及IDC公司硬件

②机器学习/人工智能

军工，航空航天，电子等领域企业与研究所

军工航空航天是FPGA另一重要的市场。研究所有大量的原型开发需求涉及民机， 军机，火箭，导弹，卫星，空间站，雷达，声呐。这些原型设计以及相关产品中都大量使用FPGA。

五、政策

芯片产业是整个信息产业的核心部件和基石，也是国家信息安全的最后一道屏障，芯片高度依赖进口使得整个国家安全受到严重威胁。

西方发达国家一直对出口到中国的集成电路制造装备和材料以及工艺技术严格审查和限制。这对我国集成电路产业发展构成了严重制约，问题日益凸显。与此同时，随着我国国民经济的快速发展尤其是信息化进程的加快，对集成电路产品的需求持续快速增长，从2006年开始，集成电路产品超过石油成为我国最大宗进口产品，2018年和2019年，每年进口额均超过3000亿美元。

在2018年全国“两会”的政府工作报告中，集成电路被列入《政府工作报告》加快制造强国五大产业首位。根据《中国制造2025》规划，到2025年中国集成电路自给率提升到70%。但目前我国上游相关电子材料自给率低，国产化替代空间巨大。

近年来国家出台了一系列鼓励扶持政策，为芯片行业建立了优良的政策环境，促进芯片行业自主创新，改善摆脱依赖别国的窘境。在区域产业聚集方面，随着地方政府与企业的跟进合作，中国集成电路已经形成上海为中心的长三角、北京为中心的环渤海、深圳为中心的泛珠三角以及武汉、西安、成都为代表的中西部四个各具特色的产业集聚区；北京、上海、合肥等数十个城市已建或者准备建设集成电路产业园。

根据工信部发布的《中国集成电路产业人才白皮书（2018-2019年版）》数据统计，到2020年前后，我国集成电路行业人才需求规模约为72万人左右，而我国现有人才存量46万人，人才缺口将达到26万人。

结束语：

写到这里，智哥已经尽量做到雅俗共赏了，如果客官还是感觉有点抽象，就记住一句话，这个行业前景真的很好，国家在未来10年都会大力扶持，这就是风口！

本篇完，感谢关注：RISC-V单片机中文网