2022年FPGA行業(yè)發(fā)展現狀及市場份額研究

1、2022年FPGA行業(yè)發(fā)展現狀及市場份額研究1.多場景適用芯片FPGAFPGA 芯片即現場可編程門陣列芯片，是邏輯芯片的一種，通常由可編 程的邏輯單元、輸入輸出單元和開關連線陣列三種功能單元構成。它是作為 專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電 路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA 芯片的工藝制程、門級規(guī)模及 SerDes 速率是當前產品性能的重要 指標，FPGA 的門級規(guī)模代表著 FPGA 可開發(fā)的潛力。SerDes 的傳輸速率對 FPGA 的實際性能表現也有很大的影響，直接的反應了 FPGA 與外界數據交 換的能力，SerDes 速率

2、越高其交換能力越強。FPGA 無需等待芯片流片周期，編程后可直接使用，有助于企業(yè)節(jié)省產 品上市時間。技術未成熟階段，FPGA 架構支持靈活改變芯片功能，有助于 降低器件產品成本及風險，更適用于 5G 商用初期的市場環(huán)境。與 CPU/GPU 相比，FPGA 單位功耗性和計算耗時均成量級提升，同時可實現出色的 I/O 集 成。對比傳統(tǒng) CPU、GPU、ASIC 芯片，FPGA 具有高性能、低耗能和靈活性 等特點，兼具硬件的并行性和低延時性，在上市周期、成本上也具有優(yōu)勢。 基于此，近年來 FPGA 芯片需求高增。2.行業(yè)壁壘高，產品擁有可觀利潤FPGA 芯片產業(yè)鏈上游主要包括基本的制造材料、EDA

3、設計軟件、IP 授 權，中游是芯片設計企業(yè)，下游包括晶圓代工、封裝測試。目前在上游領域， 國內 EDA 軟件相對薄弱，本土廠商使用的 EDA 軟件都是依靠國外授權；中 游本土廠商較多，特別是近兩年國產 FPGA 高速增長，雖然與國際大廠相比 還有一定差距，但是部分千萬門級、以及億門級產品可以實現自主生產；下 游領域，本土晶圓代工和封測企業(yè)已經基本可以滿足國內制造需求。上游成本方面：FPGA 芯片作為可編程器件，流片需求較少，對上游代 工廠依賴度較低，需專業(yè)設計軟件、算法架構支持。底層算法架構設計企業(yè) FPGA 芯片設計對底層算法架構依賴度較低，上游算法供應商對中游 FPGA 芯片研發(fā)制造企業(yè)議

4、價能力有限。主要算法架構設計企業(yè)包括高通、ARM、 谷歌、微軟、IBM 等。另一方面，FPGA 芯片企業(yè)需通過 EDA 等開發(fā)輔助軟 件完成設計，可提供 EDA 軟件的國際一流企業(yè)向芯片研發(fā)企業(yè)收取高昂模 塊使用費，中國市場可提供 EDA 產品的企業(yè)較少，以華大九天、廣立微、博 達微科技等為代表，本土軟件功能相對簡單，難以滿足多樣的芯片設計需求， 因此國內芯片設計企業(yè)大多采用國外 EDA 軟件，目前采購境外 EDA 軟件產 品成本高昂，是主要成本之一。下游利潤方面：FPGA 芯片利潤空間巨大，中低密度百萬門級、千萬門 級 FPGA 芯片研發(fā)企業(yè)利潤率接近 50%。高密度億門級 FPGA 芯片研

5、發(fā)企業(yè) 利潤率近 70%（以賽靈思、Intel 收購的 Altera 為例）。相較賽靈思、Intel 等 巨頭，中國 FPGA 在研發(fā)方面起步晚，但研發(fā)進度逐漸趕上（與全球頭部廠 商相差 3 代縮短至約 2 代）。3.芯片市場高速增長，多個下游領域需求爆發(fā)根據 Frost&Sullivan 數據，2021 年，全球 FPGA 芯片產業(yè)規(guī)模約為 68.6 億美元，同比增長 12.8%。隨著全球新一代通信設備部署以及人工智能與自 動駕駛技術等新興市場領域需求的不斷增長，FPGA 市場規(guī)模預計將持續(xù)提 高，預計到 2025 年市場規(guī)模將達到 125.8 億美元。近幾年中國 FPGA 市場持續(xù)擴大增長

6、，2021 年國內 FPGA 芯片市場為 176.8 億元。2016-2021 年年均復合增長率約為 23.1%。隨著國產替代進程的 進一步加速，中國 FPGA 芯片市場需求量有望持續(xù)擴大，預計到 2025 年，中 國 FPGA 市場規(guī)模將達到約 332.2 億元。得益于 FPGA 高靈活性，可擴展的優(yōu)點，FPGA 主要應用于需要調整芯 片市場，包括網絡通信、消費電子、數據中心、汽車電子、人工智能等。2020 年中國 FPGA 應用最多的市場為通訊領域，占比達到 41.3%，這主要得益于 近幾年國內大規(guī)模新建 5G 基站。4.芯片行業(yè)寡頭效應明顯，國內企業(yè)逐步打開市場從競爭格局來看，目前 FP

7、GA 的主要產業(yè)鏈供應商仍然集中在歐美地區(qū)， 以 Altera（被 Intel 收購），和賽靈思（Xilinx）兩家為主。2020 年全球 FPGA 市場被賽靈思和英特爾（Altera）合計占有率高達 83%左右，再加上 Lattice 和 MicroChip 合計 13%的市場份額，前四家美國公司即占據了全世界 96%以上 的 FPGA 供應市場，同時在硬件設計和高端的 EDA 軟件設計上美國公司都形成了極強的技術封鎖。從近幾年的競爭格局來看前四家公司的市占率一直 保持著絕對的壟斷優(yōu)勢。主要 FPGA 企業(yè)賽靈思：是全球 FPGA 行業(yè)的領軍企業(yè)。賽靈思的產品覆蓋消費電子、 工業(yè)、汽車電子、

8、宇航等市場，市場占有率位列全球第一名。賽靈思也是全 球領先的 FPGA 完整解決方案的供應商，研發(fā)、制造并銷售范圍廣泛的高級 集成電路、軟件設計工具以及作為預定義系統(tǒng)級功能的 IP。2022 年 2 月 14 日公司被 AMD 以 350 億美元收購。Altera：公司在全球 19 個國家擁有超過 3000 名員工。生產的芯片主要用 于電信和無線通信設備，涉及軍事裝備、汽車、網絡、工業(yè)等行業(yè)。2015 年 被英特爾以 167 億美元收購。 萊迪思（Lattice）：公司提供業(yè)界最廣范圍的現場可編程門陣列（FPGA）、 可編程邏輯器件（PLD）及其相關軟件，包括現場可編程系統(tǒng)芯片（FPSC）、

9、復雜的可編程邏輯器件（CPLD）,可編程混合信號產品和可編程數字互連器 件，客戶包括通訊、計算機、工業(yè)、汽車、醫(yī)藥、軍事及消費品市場的原始 設備生產商。 微芯科技（Microchip）：是全球領先的單片機和模擬半導體供應商，主要 產品包括 PIC8 位單片機（MCU）、高品質的串行 EEPROM 等。從產品情況來看，目前賽靈思的 FPGA 價格要明顯要高于其他公司，其 產品規(guī)格也是最高端的；英特爾的 FPGA 主要是為輔助自身其他芯片設計， 定位于中高端；萊迪思選擇采用 FD-SOI（耗盡型絕緣層上硅）這種工藝平衡 FPGA 的性能和功耗，主要針對 28nm 制程中低端市場，目前萊迪思已基于三

10、 星 28nm FD-SOI 的 Lattice Nexus 技術平臺，推出 Certus-NX、Cross Link-NX 等產品；微芯科技主要聚焦在低功耗、低成本的 28nm FPGA，并提供非易失 閃存和 SRAM（靜態(tài)隨機存取存儲器）兩種選擇。國內 FPGA 產業(yè)發(fā)展較晚，大部分企業(yè)在 2010 年后才成立，最初芯片設 計都是用的國外架構。目前國內與 FPGA 相關研發(fā)企業(yè)數量在 27 家以上，其 中已上市的企業(yè)包括復旦微電子、安路科技、航錦科技，準備上市的有成都 華微電子，其他企業(yè)暫未上市且規(guī)模較小。國內 FPGA 芯片與國外差距較大，在 28nm 工藝制程領域，2011 年兩大 國

11、際 FPGA 巨頭賽靈思和 Altera 率先發(fā)布了 28nm 工藝制程 FPGA，并逐步 開始銷售，另外兩家美國 FPGA 公司 Lattice 和 Actel 也于 2019 年推出 28nm 工藝制程 FPGA，目前 28nm 工藝制程 FPGA 的主要市場份額由上述 4 家美 國公司占據。國內紫光同創(chuàng)于 2020 年初發(fā)布了 28nm 工藝制程的千萬門級 FPGA 產品，SerDes 傳輸速率 6.6Gbps；安路科技于 2020 年推出了 PHOENIX 系列產品，SerDes 傳輸速率 16Gbps。復旦微電自 2004 年開始進行 FPGA 的 研發(fā)，曾陸續(xù)推出百萬門級 FPGA

12、 和千萬門級 FPGA，2018 年第二季度率先 推出28nm工藝制程的億門級 FPGA產品，SerDes傳輸速率達到最高13.1Gbps， 并在 2019 年正式銷售。國內 FPGA 設計始于 20 世紀 90 年代，真正技術發(fā)展于 2000 年以后，起 步比國外晚十多年。通過對比國際尖端產品，核心參數差距依然較大。我國 FPGA 研發(fā)基礎相對薄弱，研發(fā)人員稀缺。但是近些年來涌現出一些優(yōu)秀的 研發(fā)企業(yè)，包括紫光同創(chuàng)，成都華微電子，安路科技，高云半導體，復旦微 電，京微齊力等。FPGA 發(fā)展涉及到單元架構、IP、EDA 軟件、制程工藝、 封裝技術、專業(yè)人才等諸多方面，國內企業(yè)必須使各個方面都達

13、到所需要求 并構筑完整的生態(tài)，才能實現整體產業(yè)的進步乃至替代。5.嵌入式架構成主流，國產芯片逐步縮小差距FPGA 技術之所以具有巨大的潛在市場，其根本原因在于 FPGA 不僅可 以實現電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等優(yōu)點，且其開發(fā)周期短、投入 少，芯片價格不斷下降。 隨著應用需求的不斷拓展，FPGA 也從傳統(tǒng)架構逐步衍生到嵌入式可編 程系統(tǒng)架構。在傳統(tǒng)的 FPGA 上增加應用處理單元、人工智能加速引擎、圖 像處理單元、專用高速協(xié)議接口等專用處理模塊，以期更好的滿足靈活多變 的市場需求。嵌入式可編程系統(tǒng)架構是 FPGA 芯片架構的一次躍遷，是傳統(tǒng) FPGA 技術和新型 FPGA 技術的分水嶺。

14、 而在嵌入式可編程架構之后，異構計算將是 FPGA 主要發(fā)展方向。諸多應用場景將要求 FPGA 將外部的模擬信號轉為數字信號后進行處理，或者除 了進行算法處理、扮演高速處理器以外，還要同時執(zhí)行復雜控制的任務，這 類新需求在未來人工智能、特種集成電路領域將非常普遍。異構計算，是將 不同架構處理芯片整合到一個系統(tǒng)內工作的方式。具體實施的方向包括兩種： 其一為芯片級集成，即將 CPU IP、GPU IP、DSP IP 等集成到單一 SoC 內； 其二為板級集成，將 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等放在一個板上組合。將這 些不同邏輯器件整合起來，用不同架構去處理不同類型數據，根據處理速度 或帶寬

15、要求進行優(yōu)化，發(fā)揮 CPU、GPU、FPGA、ASIC 各自的專長。復旦微電在國內 FPGA 芯片設計領域處于領先地位，是國內最早推出億 門級 FPGA 產品的廠商。公司自 2004 年開始進行 FPGA 的研發(fā)，曾陸續(xù)推 出百萬門級 FPGA 和千萬門級 FPGA，2018 年第二季度推出 28nm 工藝制程 的億門級 FPGA 產品，在 2019 年正式銷售。截至 2021 年底，公司累計向超 過 300 家客戶銷售基于 28nm 工藝制程的相關 FPGA 產品，上述客戶類型包 括通信領域、工業(yè)控制領域及高可靠領域客戶。公司開發(fā)的可編程器件開發(fā) 流程的工具軟件 Procise，可支持公司全系列可編程器件，突破了 FPGA 總體 布局合法化方法、FPGA 芯片版圖連線顯示方法等關鍵先進技術。公司的 ProciseTM 是國內 FPGA 領域首款超大規(guī)模全流程 EDA 設計工具，可以為超 大規(guī)模 FPGA 提供全流程的自動設計服務，并集成了大量 IP 資源，可以幫助 用戶快速實現應用方案的開發(fā)