FPGA企業(yè)分析之一——復(fù)旦微電

今年2月，與非研究院在《中國本土FPGA產(chǎn)業(yè)地圖（2024版）》中統(tǒng)計(jì)了14家本土FPGA廠商的產(chǎn)品系列、工藝制程、部分參數(shù)和車規(guī)型號(hào)，并對(duì)比分析了5家本土上市公司的營收、利潤和研發(fā)投入近況。

來源：《中國本土FPGA產(chǎn)業(yè)地圖（2024版）》，與非研究院制圖

今天，我們挑選國產(chǎn)FPGA中容量規(guī)模做到最大的企業(yè)——復(fù)旦微電，來展開討論一下。

2004-2023年，F(xiàn)PGA成長為公司第一大業(yè)務(wù)

1998年，上海復(fù)旦微電子集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱“復(fù)旦微電”）成立于復(fù)旦大學(xué)逸夫樓，由復(fù)旦大學(xué)“專用集成電路與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和上海商業(yè)投資公司等聯(lián)合創(chuàng)建，主要從事超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)、開發(fā)，并提供系統(tǒng)解決方案。

1999年，公司推出第一款電表專用芯片。

2000年，公司上市香港創(chuàng)業(yè)板。

2001年，公司推出兼容國際主流標(biāo)準(zhǔn)的IC卡芯片。

2002年，公司成為中國大陸首家獲得IC制造商國際注冊(cè)的集成電路設(shè)計(jì)公司。

2004年，公司開啟FPGA技術(shù)研發(fā)；同年建立MCU事業(yè)部。

2005年，公司首顆系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品累計(jì)出貨超過1000萬顆；獲得上海地鐵單程卡400萬張定單。

2012年，公司推出了NOR Flash產(chǎn)品；同年公司IC卡芯片進(jìn)入社保領(lǐng)域，新研發(fā)的FM1208正式進(jìn)入上海公交卡長三角互聯(lián)互通市場。

2014年，公司從香港創(chuàng)業(yè)板轉(zhuǎn)往香港主板上市。

2016年，公司推出采用65nm工藝制程的千萬門級(jí)FPGA產(chǎn)品；同年推出WLCSP存儲(chǔ)系列產(chǎn)品，全面進(jìn)軍手機(jī)攝像模組市場。

2017年，公司FM1280芯片累計(jì)銷售超億顆；MCU芯片在南網(wǎng)單相電能表市場占有率首次突破45%。

2018年，公司推出28nm工藝制程的億門級(jí)FPGA產(chǎn)品，SerDes傳輸速率達(dá)到最高13.1Gbps ；同年公司FM1280金融卡芯片順利切換到55nm工藝；并推出漏電保護(hù)開關(guān)芯片。

2019年，公司28nm工藝制程的億門級(jí)FPGA產(chǎn)品量產(chǎn)；同年推出SPI NAND Flash新品；國網(wǎng)智能電表專用MCU銷量突破3億顆。

2021年，公司上市A股科創(chuàng)板；同年推出嵌入式可編程器件PSoC芯片；在車用TBOX 安全芯片和數(shù)字例匙等領(lǐng)域取得突破。

2022年，公司自研EDA軟件Procise突破FPGA總體布局合法化方法、FPGA芯片版圖連線顯示方法等多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)。

2023年，公司1xnm FinFET先進(jìn)制程的十億門級(jí)FPGA產(chǎn)品完成小批量試制和用戶試用；同年公司FPGA業(yè)務(wù)翻身成復(fù)旦微電第一大業(yè)務(wù)，成為業(yè)績?cè)鲩L引擎，且利潤率遙遙領(lǐng)先。

圖 | 復(fù)旦微電各業(yè)務(wù)板塊營收情況，與非研究院制圖

縱觀復(fù)旦微電的發(fā)展過程，映射出了中國科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)代烙印。而其FPGA業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)沉淀，還多了復(fù)旦微電子學(xué)院的身影（復(fù)旦微電子學(xué)院是國內(nèi)少數(shù)從事FPGA自主研發(fā)的機(jī)構(gòu)），同屬復(fù)旦系，技術(shù)本同源，兩家單位的合作非常緊密，不僅在FPGA器件與配套軟件系統(tǒng)上同頻共振，還共同成立了“FPGA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”，協(xié)同攻克技術(shù)難題。

積極布局1xnmFPGA，十億門級(jí)引領(lǐng)高端FPGA國產(chǎn)化

除了國微電子、航天九院等國家級(jí)保密單位投入FPGA的研發(fā)較早外（具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)沒有公開消息），復(fù)旦微電也是最早一批投入國產(chǎn)FPGA研發(fā)的先鋒。如今，復(fù)旦微電已經(jīng)成長為國內(nèi)FPGA技術(shù)最領(lǐng)先的公司，填補(bǔ)了多項(xiàng)國產(chǎn)高端FPGA空白。

隨著各類型 FPGA 芯片產(chǎn)品的研發(fā)與迭代，公司已經(jīng)儲(chǔ)備了FPGA電路架構(gòu)技術(shù)、FPGA 產(chǎn)品測試技術(shù)、高速并串轉(zhuǎn)換技術(shù)、多核片上系統(tǒng)技術(shù)及 FPGA 配套軟件開發(fā)技術(shù)。

從產(chǎn)品類型來看，復(fù)旦微電主要聚焦在SRAM 型 FPGA賽道，重點(diǎn)推出了四大系列產(chǎn)品，即：千萬門級(jí)FPGA芯片、億門級(jí)FPGA芯片、十億門級(jí)FPGA芯片和嵌入式可編程器件PSoC，覆蓋通信、工業(yè)控制、汽車電子等高可靠性領(lǐng)域。

圖 | 復(fù)旦微電四大FPGA產(chǎn)品系列介紹，信息源：復(fù)旦微電2023年年報(bào)

在千萬門級(jí) FPGA 芯片方面，公司于 2016 年發(fā)布了采用 65nm 工藝制程的千萬門級(jí) FPGA 產(chǎn)品，產(chǎn)品包含 50k 左右容量的邏輯單元。

在億門級(jí) FPGA 芯片方面，公司于 2018 年發(fā)布了采用 28nm 工藝制程的億門級(jí) FPGA 產(chǎn)品，產(chǎn)品包含 700k 左右容量的邏輯單元，該系列產(chǎn)品采用了全新的先進(jìn)硅組合模塊的架構(gòu)，解決了在傳統(tǒng)ASIC和FPGA設(shè)計(jì)中都存在的面積－周長相關(guān)性約束問題；緩解了與I/O和陣列相關(guān)性、電源和地分布，以及硬IP縮放相關(guān)的約束問題。同時(shí)，在硬件層面，該產(chǎn)品還集成了SerDes、DDR3等高速模塊，SerDes 模塊最高支持13.1Gbps。

值得一提的是，F(xiàn)PGA 行業(yè)龍頭企業(yè)賽靈思16nm 制程產(chǎn)品門級(jí)規(guī)模為十億門級(jí)，最高支持 32.75Gbps X 96 通道或 58 Gbps X 32 通道，公司 28nm 制程產(chǎn)品門級(jí)規(guī)模為億門級(jí)，最高支持 13.1Gbps X 80 通道，還存在差距。

在十億門級(jí)FPGA芯片方面，公司原計(jì)劃于2021-2022 年進(jìn)行產(chǎn)品流片，于2022年提供產(chǎn)品初樣，于2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品量產(chǎn)。根據(jù)復(fù)旦微電2023年年報(bào)和2024年一季報(bào)顯示，公司基于1xnm FinFET先進(jìn)制程的十億級(jí)FPGA 產(chǎn)品已完成了小批量試制和用戶試用，產(chǎn)品研制進(jìn)展順利。

在嵌入式可編程器件（PSoC）產(chǎn)品方面，復(fù)旦微的青龍系列是國內(nèi)首款推向市場的嵌入式可編程 PSoC 產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用 28nm 工藝制程，內(nèi)嵌大容量自有 eFPGA 模塊，并配置有 APU 和多個(gè) AI 加速引擎，可廣泛用于高速通信、信號(hào)處理、圖像處理、工業(yè)控制等應(yīng)用領(lǐng)域。

2022年世界人工智能大會(huì)上，復(fù)旦微電就首展了公司第二款FPAI芯片—FMQL100TAI，該芯片采用28nm先進(jìn)工藝制程，集成了四核A53處理器系統(tǒng)，工作主頻1GHz，內(nèi)部包含GPU模塊和視頻編解碼模塊，支持4K30幀視頻編解碼；AI加速引擎采用全新的“復(fù)微布衣”多核陣列架構(gòu)，最高可提供27.5TOPS的峰值AI算力，同時(shí)支持INT8和INT16兩種計(jì)算精度；FPGA部分提供了高達(dá)440K可編程邏輯單元和2200個(gè)DSP單元。FMQL100TAI芯片可以搭載多種人工智能算法，同時(shí)具備可重構(gòu)特性，在面對(duì)邊緣端復(fù)雜應(yīng)用場景時(shí)，具有高性能、低功耗、低延時(shí)和高靈活性的特點(diǎn)。

28nm依舊是公司FPGA產(chǎn)品營收的中流砥柱

賽靈思在2021年的年報(bào)中，將28nm、20nm、16nm 及 7nm工藝制程產(chǎn)品均定義為先進(jìn)產(chǎn)品（Advanced Products），當(dāng)時(shí)其先進(jìn)產(chǎn)品收入占其總收入的 70.94%。

根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年28nm-90nm制程的FPGA產(chǎn)品占據(jù)了中國市場63.3%的份額，28nm及更先進(jìn)制程的FPGA占據(jù)了20.9%的市場份額。

而對(duì)于復(fù)旦微電來說，28nm依舊是公司FPGA產(chǎn)品營收的中流砥柱，同時(shí)公司也在進(jìn)一步擴(kuò)展28nm工藝制程的產(chǎn)品譜系；而采用14/16nm工藝的十億門級(jí)FPGA產(chǎn)品出貨信息暫時(shí)還未公布。

事實(shí)上，28nm工藝制程的FPGA產(chǎn)品可以覆蓋較多應(yīng)用場景，主流應(yīng)用集中在5G 通信設(shè)施等通信設(shè)備、工業(yè)控制、汽車電子、AI、消費(fèi)電子和更多高可靠性應(yīng)用領(lǐng)域；而當(dāng)前復(fù)旦微電采用的14/16nm工藝制程FPGA覆蓋的領(lǐng)域大多數(shù)和28nm工藝制程的FPGA應(yīng)用領(lǐng)域相近，主要區(qū)別在于14/16nm工藝制程下的FPGA對(duì)接口速度、計(jì)算量和功耗有較大的提升。

根據(jù)2022 年中報(bào)顯示，公司已累計(jì)向超過 500 家客戶銷售相關(guān) FPGA 產(chǎn)品，除了大客戶直銷外，還采取了渠道代理的銷售模式，來覆蓋中小型客戶需求。從公開渠道看到，復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品線代理商包括江蘇芯合通電子、深圳天誠科技等。

從銷售規(guī)模的角度來看，F(xiàn)PGA產(chǎn)品線自2018年以來，銷售額穩(wěn)步上升。其中28nm產(chǎn)品的營收占比，2020年就占到了當(dāng)年FPGA產(chǎn)品線總營收的65.3%，相比2019年剛量產(chǎn)時(shí)的18.02%，提高了2倍以上。

圖 | 2018-2023年，復(fù)旦微電公司營收、FPGA產(chǎn)品線營收情況，與非研究院制圖

從利潤的角度來看，復(fù)旦微電在2019年量產(chǎn)28nm工藝億門級(jí)FPGA產(chǎn)品之初，該系列毛利潤水平相當(dāng)高，在2019年和2020年分別達(dá)到了1,488.04萬元和9,499.10萬元，毛利率水平分別為 98.48%和 94.96%，主要終端客戶為高可靠領(lǐng)域客戶。下面與非研究院統(tǒng)計(jì)了近年來復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品線與公司整體業(yè)務(wù)利潤獲取的情況。

圖 | 2018-2023年，復(fù)旦微電公司總體毛利和FPGA產(chǎn)品線毛利對(duì)比情況，與非研究院制圖

復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品線總體獲利能力在國產(chǎn)FPGA廠商中排在頭部。此外，在庫存水位的控制方面，也是表現(xiàn)良好，在2023年整體電子行業(yè)去庫存的大形勢下，復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品線相比2022年銷售體量增加，庫存水位下降。

圖 | 2018-2023年，復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品線產(chǎn)銷與庫存情況，與非研究院制圖

不過，這里要注意一點(diǎn)，2023年復(fù)旦微電的最大客戶訂單規(guī)模達(dá)到了7.98億元，占當(dāng)年?duì)I收的22.56%，而2022年該客戶訂單規(guī)模為4.39億元，占當(dāng)年?duì)I收的12.4%。由于復(fù)旦微電并未公開該客戶的訂單產(chǎn)品類型，因此不排除單一客戶在FPGA領(lǐng)域的訂單驟增帶來FPGA產(chǎn)品線營收上升加速。

近年來，復(fù)旦微電在FPGA產(chǎn)品線上的成績可圈可點(diǎn)，而這一成績的背后是研發(fā)投入的支撐，下面與非研究院整理了2018-2023年復(fù)旦微電的整體研發(fā)投入情況，其中研發(fā)費(fèi)用采用的是總研發(fā)費(fèi)用，而非利潤表中的研發(fā)費(fèi)用。

圖 | 2018-2024Q1，復(fù)旦微電總研發(fā)費(fèi)用和研發(fā)費(fèi)用率情況，與非研究院制圖

從上圖中可以看到，2019年和2023年屬于復(fù)旦微電在研發(fā)投入上的峰值年份，這和復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品技術(shù)迭代的關(guān)鍵年直接相關(guān)。

當(dāng)然，高研發(fā)投入帶來的正反饋，除了產(chǎn)品譜系擴(kuò)展、營收體量增加外，復(fù)旦微電的FPGA產(chǎn)品單價(jià)也在隨著技術(shù)和產(chǎn)品的升級(jí)逐步提高，從而帶動(dòng)利潤的提升。

圖 | 2018-2023年，復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品折合單價(jià)穩(wěn)步提升，與非研究院制圖

這一組數(shù)據(jù)是通過復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品線營收和銷量來計(jì)算得出的。據(jù)悉，復(fù)旦微電當(dāng)前的FPGA客戶依舊以軍工和航天單位居多，對(duì)抗輻射和冗余邏輯等方面有特殊要求，所以坊間傳言其價(jià)格在民用單品的20倍以上。但對(duì)比了以上單價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果之后，筆者有了不一樣的認(rèn)識(shí)，首先復(fù)旦微電FPGA產(chǎn)品的單價(jià)并沒有傳說中的那么高，此外我們可以推測出復(fù)旦微電或已向除軍工和航天領(lǐng)域提供量較大的FPGA產(chǎn)品。

正如前面提到的，軍工和航天領(lǐng)域?qū)τ昧鲜潜Ｃ艿?，所以公開渠道很難獲取到具體FPGA型號(hào)的參數(shù)和報(bào)價(jià)情況，下面與非研究院從渠道處獲取了復(fù)旦微電兩個(gè)公開銷售的FPGA產(chǎn)品系列的具體參數(shù)和國產(chǎn)替代情況，具體如下：

圖 | 復(fù)旦微電JFM4系列FPGA產(chǎn)品參數(shù)情況，與非研究院制圖

圖 | 復(fù)旦微電JFM7系列FPGA產(chǎn)品參數(shù)情況，與非研究院制圖

寫在最后

FPGA 技術(shù)正在向更高性能、更大容量等方向迭代，其中FPGA+AI有望進(jìn)一步打開FPGA市場，就復(fù)旦微電當(dāng)前在FPGA領(lǐng)域的實(shí)力而言，在邊緣側(cè)發(fā)力會(huì)更具優(yōu)勢。據(jù)悉，前面提到的復(fù)旦微電新一代FPAI產(chǎn)品FMQL100TAI已取得小批量用戶應(yīng)用。展望未來，采用CPU+FPGA+AI或CPU+FPGA+GPU 融合架構(gòu)的 PSoC 芯片在人工智能領(lǐng)域中將逐漸嶄露頭角，而復(fù)旦微電也將從中獲利。