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复旦微电及其他国内厂商制程情况

从制程上看,目前国产最先进制程主要集中在 14/16nm,而 Xilinx 在 2018 年便发布了 7nm 的异构 FPGA 产品 Versal,国产FPGA在制程上仍存在一定的差距。

从国内市场看,按制程拆分,28nm-90nm制程区间内的FPGA由于其较高的性价比,与较高的良品率,依然占据了市场的主要地位。此外,由于先进制程产品具有更低功耗与面积和更高的性能,28nm以下制程的FPGA将快速发展。据Frost & Sullivan,中国市场2019年以销售额计,28nm-90nm制程的FPGA占据了63.3%的市场份额,28nm以下制程的FPGA占据了20.9%的市场份额。

国内各厂商产品制程情况在”FPGA厂商一览“一文中已做整理,现做一下具体分析。

成熟制程:

40-55nm 的低容量市场(<100K)较为成熟,本土厂商正在快速替代。本土的低容量 FPGA 制程主要集中在 55nm、40nm和 28nm 这三个节点,大部分在 2019 年及之前推出,往往是本土 FPGA 厂商的第一代产品。

例如,紫光同创的 Logos 系列在 2017 年推出,为 40nm 的低功耗、低成本 FPGA,逻辑单元在 12-102k 之间;安路科技的 55nm 的 Eagle4 在 2016 年推出,逻辑单元 20k,主要用于伺服控制、高速图像接口转换的领域;高云半导体的 55nm 的 FPGA 小蜜蜂(LittleBee)在 2016 年推出,是公司第一代产品,逻辑单元数在 1-8k。

总的来看,低容量 FPGA 技术较为成熟,本土 FPGA 厂商均有发展多年的低容量产品,主要对标 Xilinx 在 2009年推出的 Spartan 6 (45nm),Altera/Intel 在 2009 年推出的 Cyclone IV(60nm),以及 Lattice 40nm 的 iCE40和 ECP5。低容量 FPGA 市场的替代过程在快速进行。

2016年,复旦微电推出了采用65nm工艺制程的千万门级FPGA产品,这也是公司的第一代产品,包含大约 50k 容量的逻辑单元,是具备高性价比的产品,主要用于通信、工业、高可靠领域等,目前不是公司的主力产品。

28nm制程:


从上述整理图表来看,28nm性价比及中低容量产品替代正在进行,各厂商FPGA产品主要对标 Xilinx 的 7 系列产品,例如 2010年推出的 Artix 7 和 Kintex 7,除了 Xilinx 外,Altera 在 2011-2013 年间推出的 Cyclone V 和 Arria V,以及 Lattice 的 CertusPro-NX 和 Certus-NX,亦是国产替代的目标。(例如:安路科技在招股说明书中将高端产品PHOENIX1系列的PH1A100对标Xilinx Artix7系列的XC7A100T,而XC7A100T 在 XIlinx7 系列产品中属于中等偏下水平)

另外国内部分厂商推出了 22nm 的 FPGA,对 28nm 的中低容量 FPGA 替代优势明显。放在下一段阐述。

高容量 FPGA 一般指逻辑单元在 500K 以上的 FPGA,典型容量在 700K 甚至 1000K 以上,目前大于500k的FPGA是国产替代的难点,需要 FPGA 厂商在硬件架构、EDA 效率和IP 能力三个维度上的能力发展。复旦微电28nm产品包含 700k 左右容量的逻辑单元,门级规模为亿门级,可以对标Xilinx Virtex-7系列的产品;成都华微28nm奇衍系列包含 700k 左右容量的逻辑单元,可用门数达7000万门,主要针对特种领域。

先进制程:

首先是22nm制程的国内产品替代28nm制程的国外产品:

国内厂商如京微齐力的 22nm FPGA 产品 HME-P2,逻辑单元数在 50k。而高云半导体在 2022 年 9 月推出的 Aurora V,是其 22nm的 FPGA 产品,逻辑单元数为 138k。Xilinx 在 20/22nm 节点的产品代际为 UltraScale 系列,目前仅有 Kintex UltraScale 和 Virtex UltraScale 两个产品,均为中高密度 FPGA。因此,国内厂商推出的 20/22nm 产品主要考虑对赛灵思 28nm 的 Artix7、Kintex 7 和 Zynq 7000,Altera 28nm 的 Arria V 以及 Lattice 28nm 的Crosslink-NX 进行替代。

其次是国内已发布或正在研发的先进制程情况:

目前,本土 FPGA 制程已推进到≤16nm。16nm FPGA 主要对标 Xilinx 的 UltraScale FPGA,例如 2015年推出的 Kintex UltraScale ,2016 年推出的 Virtex UltraScale ,2021 年推出的 Artix UltraScale 及Lattice 2022 年推出的 Avant 系列。

易灵思于 2020 年 7 月推出了 16nm FPGA 产品钛金系列,目前最新产品 TJ375 最高逻辑单元数达到 370k,是国产 FPGA 在 16nm 的首发。

复旦微电 2021 年开启 14/16nm 产品的研发,2023 年公司 1xnm 制程的十亿门级 FPGA 产品完成小批量试制和用户试用,实现小规模销售,是在公司现有产品基础上的升级,两者应用领域相近,主要在于将采用更高制程,降低逻辑模块之间的互联延时,增加逻辑规模和 DSP、RAM、I/O 等资源的容量,集成更高工作频率和运算速度的 DSP,以及 PCIe、SerDes、 DDR 等高速接口 IP。(每一代产品都会大致经历送样试用、导入推广、放量增长的过程。)

安路科技在首次上市问询函回复中表示正在研发 12nm 的 PHOENIX2 系列、逻辑单元在 600k-1.5kk、最高 SERDES 速率在 28Gbps 的 FinFET 工艺产品,可满足工业控制、网络通信、数据中心等领域的广泛需求。

紫光同创2019年官网新闻显示“紫光同创已启动 14nm 亿门级高端 FPGA 研发工作”。

成都华微针对 28nm及以下先进工艺产品已经布局相关研发工作,拟通过上市募集资金投资项目的实施,对亿门级超大容量 FPGA 进行预研究、预设计、预开发等研发工作。

另外紫光国微 28nm 的特种 FPGA 系列产品已逐步成为主流产品,新一代更高性能产品的开发工作也在顺利推进。

智多晶基于 16nm FinFET 工艺的 Shark 7000 FPGA 系列也正处于研发阶段。

国产 FPGA 替代其中一个方向是发展以高容量和更先进制程为特征的高端 FPGA。虽然低端 FPGA 市场规模最大,但是进入壁垒相对较低,在位企业难以产生垄断性的优势。此外,随着未来 10 年 FPGA 向 16nm 及更先进节点迁移,目前 FPGA 本土厂商需要考虑的是在更先进节点占据先发优势。因此,高端 FPGA 是本土厂商想要快速成长所必须要进入的市场。目前也可以看到厂商们为此做出的努力与投入。

$复旦微电(SH688385)$

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