半導(dǎo)體行業(yè)專題研究：FPGA~“5G+AI”穿越周期的成長(zhǎng)屬性

1、內(nèi)容目錄 HYPERLINK l _bookmark0 FPGA 的前世今生3 HYPERLINK l _bookmark2 快速成長(zhǎng)的 FPGA 市場(chǎng)3 HYPERLINK l _bookmark10 “5G+AI”帶來(lái) FPGA 新增長(zhǎng)引擎8 HYPERLINK l _bookmark14 基站的建設(shè)帶動(dòng) FPGA 增長(zhǎng)9 HYPERLINK l _bookmark18 國(guó)內(nèi) FPGA 優(yōu)質(zhì)公司介紹11 HYPERLINK l _bookmark19 復(fù)旦微電子自主研發(fā) FPGA 二十余年11 HYPERLINK l _bookmark24 紫光國(guó)微中國(guó)國(guó)產(chǎn) FPGA 領(lǐng)先廠商13圖表目錄

2、 HYPERLINK l _bookmark1 圖 1：FPGA 架構(gòu)3 HYPERLINK l _bookmark3 圖 2：FPGA 市場(chǎng)規(guī)模（單位：百萬(wàn)美元）3 HYPERLINK l _bookmark6 圖 3：市場(chǎng)份額（按應(yīng)用）（單位：USDMN） 4 HYPERLINK l _bookmark7 圖 4：FPGA 供應(yīng)鏈5 HYPERLINK l _bookmark8 圖 5：FPGA 主要公司市占率5 HYPERLINK l _bookmark11 圖 6：FPGA VS CPU 性能（單位：毫秒）8 HYPERLINK l _bookmark12 圖 7：FPGA VS CP

3、U 功耗（單位：焦）8 HYPERLINK l _bookmark13 圖 8：FPGA 大幅提升了硬件加速的單位功耗性能9 HYPERLINK l _bookmark15 圖 11：嵌入式 FPGA（eFPGA）集成在了 5G 基帶芯片內(nèi)10 HYPERLINK l _bookmark16 圖 12：4G 基站與 5G 基站分別需要的 FPGA 個(gè)數(shù)對(duì)比（個(gè)）10 HYPERLINK l _bookmark17 圖 13：4G 基站與 5G 基站的價(jià)值量對(duì)比10 HYPERLINK l _bookmark21 圖 14：2017 年公司收入分拆12 HYPERLINK l _bookmark

4、22 圖 15：FPGA 業(yè)務(wù)12 HYPERLINK l _bookmark23 圖 16：北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)12 HYPERLINK l _bookmark26 圖 17：公司股權(quán)結(jié)構(gòu)圖13 HYPERLINK l _bookmark27 圖 18：2011-2018H1 兩大核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域相對(duì)變化（單位：億元）13 HYPERLINK l _bookmark28 圖 19：公司集成電路業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)變化（單位：億元）14 HYPERLINK l _bookmark29 圖 20：Titan 系列芯片14 HYPERLINK l _bookmark30 圖 21：Logos 系列芯片14 HYPERLI

5、NK l _bookmark31 圖 22：軟件工具14 HYPERLINK l _bookmark4 表 1：全球 FPGA 市場(chǎng)分解4 HYPERLINK l _bookmark5 表 2：FPGA 市場(chǎng)分解（按應(yīng)用）4 HYPERLINK l _bookmark9 表 3：國(guó)內(nèi)廠商 FPGA 產(chǎn)品6 HYPERLINK l _bookmark20 表 4：公司歷史11 HYPERLINK l _bookmark25 表 5：公司發(fā)展歷程13FPGA 的前世今生FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在 PAL、GAL、 CPLD 等可

6、編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)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(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA 芯片由輸入/輸出塊、可配置邏輯塊和可編程互聯(lián)三部分組成，同一片 FPGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能，因此 FPGA 的使用非常靈活。FPGA 芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。它的應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天/國(guó)防、消費(fèi)電子、工業(yè)、電子通訊等。架構(gòu)方面，F(xiàn)PGA 擁有大量的可編程邏輯單元，可以根據(jù)客戶定制來(lái)做針對(duì)性的算法設(shè)計(jì)。除此以外，在處理海量數(shù)據(jù)的時(shí)候，F(xiàn)PGA 相比于 CPU 和 GPU，獨(dú)

7、到的優(yōu)勢(shì)在于：FPGA 更接近 IO。換句話說(shuō)，F(xiàn)PGA 是硬件底層的架構(gòu)。比如，數(shù)據(jù)采用 GPU 計(jì)算，它先要進(jìn)入內(nèi)存，并在 CPU 指令下拷入 GPU 內(nèi)存，在那邊執(zhí)行結(jié)束后再拷到內(nèi)存被 CPU 繼續(xù)處理，這過(guò)程并沒(méi)有時(shí)間優(yōu)勢(shì);而使用 FPGA 的話，數(shù)據(jù) I/O 接口進(jìn)入 FPGA，在里面解幀后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或預(yù)處理，然后通過(guò) PCIE 接口送入內(nèi)存讓 CPU 處理，一些很底層的工作已經(jīng)被 FPGA 處理完畢了（FPGA 扮演協(xié)處理器的角色），且積累到一定數(shù)量后以 DMA 形式傳輸?shù)絻?nèi)存，以中斷通知 CPU 來(lái)處理，這樣效率就高得多。圖 1：FPGA 架構(gòu)資料來(lái)源：電子發(fā)燒友，性能方面，雖

8、然 FPGA 的頻率一般比 CPU 低，但 CPU 是通用處理器，做某個(gè)特定運(yùn)算(如信號(hào)處理，圖像處理)可能需要很多個(gè)時(shí)鐘周期，而 FPGA 可以通過(guò)編程重組電路，直接生成專用電路，加上電路并行性，可能做這個(gè)特定運(yùn)算只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。比如一般CPU 每次只能處理 4 到 8 個(gè)指令，在 FPGA 上使用數(shù)據(jù)并行的方法可以每次處理 256 個(gè)或者更多的指令，讓FPGA 可以處理比CPU 多很多的數(shù)據(jù)量。舉個(gè)例子，CPU 主頻3GHz， FPGA 主頻 200MHz，若做某個(gè)特定運(yùn)算 CPU 需要 30 個(gè)時(shí)鐘周期，F(xiàn)PGA 只需一個(gè)，則耗時(shí)情況：CPU：30/3GHz10ns；FPGA：1/2

9、00MHz5ns?？梢钥吹?，F(xiàn)PGA 做這個(gè)特定運(yùn)算速度比 CPU 塊，能幫助加速?？焖俪砷L(zhǎng)的 FPGA 市場(chǎng)2018 年全球 FPGA 市場(chǎng)約為 60 億美金左右，預(yù)計(jì)隨著 AI+5G 的應(yīng)用展開(kāi)，市場(chǎng)容量有望在 2025 年達(dá)到 125 億美金左右的規(guī)模，年復(fù)合增長(zhǎng)率 10.22%。圖 2：FPGA 市場(chǎng)規(guī)模（單位：百萬(wàn)美元）14000120001000080006000400020002013201420152016201720182019202020212022202320242025市場(chǎng)規(guī)模4562.74797.750795418.258306334.56905.67554.2829

10、3.39138.71010911227125210市場(chǎng)規(guī)模資料來(lái)源：MRFR，同時(shí)在亞太地區(qū)尤其在中國(guó)，新興基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)用的鋪開(kāi)，F(xiàn)PGA 的復(fù)合增速將有望顯著優(yōu)于其他地區(qū)，而成為 FPGA 重要的市場(chǎng)抓手。表 1：全球 FPGA 市場(chǎng)分解2017 市場(chǎng)價(jià)值（USDmn）2025 市場(chǎng)價(jià)值（USDmn）CAGR全球583012521.210.22%亞太地區(qū)22465501.712.05%北美1955.213980.19.45%歐洲1131.882146.878.52%資料來(lái)源：MRFR，在下游應(yīng)用領(lǐng)域，電子通訊仍然占據(jù)了主要的市場(chǎng)份額，達(dá)到 40%左右，這其中 5G+AI 都是主要的需求；而增速

11、最快的是汽車，CAGR 將至 13.1%。表 2：FPGA 市場(chǎng)分解（按應(yīng)用）應(yīng)用2017（USDmn）2025（USDmn）市場(chǎng)份額（2017）CAGR電子通訊2351.984403.9440%8.3%消費(fèi)電子1324.052771.8323%9.87%汽車953.472514.5116%13.10%數(shù)據(jù)中心456.031128.378%12.18%工業(yè)744471702.5913%11.10%總計(jì)5830.0012521.24100%10.22%資料來(lái)源：MRFR，圖 3：市場(chǎng)份額（按應(yīng)用）（單位：USDMN）14000.0012000.0010000.008000.006000.0040

12、00.002000.000.002013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025電子通信消費(fèi)電子汽車數(shù)據(jù)中心工業(yè)資料來(lái)源：MRFR，從供應(yīng)鏈角度看，F(xiàn)PGA 生產(chǎn)廠商處于整個(gè)電子行業(yè)的上游，并多數(shù)以 Fabless 的模式運(yùn)營(yíng)（Altera 除外，已被 Intel 收購(gòu)，屬于 IDM），F(xiàn)PGA 同樣追求最先進(jìn)的工藝制程和節(jié)點(diǎn)，目前最先進(jìn)的 FPGA 采用 7nm 工藝制程，由 Xilinx 率先發(fā)布，臺(tái)積電制造。圖 4：FPGA 供應(yīng)鏈原材料供組件制造設(shè)計(jì)商/ 程系統(tǒng)合成終端用戶應(yīng)商商序開(kāi)發(fā)商商QuickLogi

13、c電子通訊Altera工業(yè)Xilinx汽車Microsemi消費(fèi)電子Lattice數(shù)據(jù)中心資料來(lái)源：電子產(chǎn)品世界，目前 FPGA 的主要產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商仍然集中在歐美地區(qū)，以 Altera（被 Intel 收購(gòu)），和 Xilinx 兩家為主。兩家合計(jì)額的市場(chǎng)份額占到 72%。圖 5：FPGA 主要公司市占率1124421230XilinxIntel Corporation Microchip Technology LatticeQuicILogic Corp Others資料來(lái)源：MRFR，F(xiàn)PGA 行業(yè)是一個(gè)高進(jìn)入壁壘領(lǐng)域，市場(chǎng)前景誘人。由于 FPGA 軟件開(kāi)發(fā)難度大，需要最先進(jìn)的制造封測(cè)工藝、

14、IP 多且雜，因此中國(guó)目前的發(fā)展存在嚴(yán)重滯后。從信息、產(chǎn)業(yè)和國(guó)防安全等方面考慮，中國(guó)一定會(huì)加速 FPGA 的國(guó)產(chǎn)化，政府對(duì)國(guó)有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)會(huì)有一定力度的扶持。此外在 AI、LoT、5G 快速發(fā)展的推動(dòng)下，中國(guó)將有龐大的 FPGA 增量市場(chǎng)。因此，這是國(guó)內(nèi) FPGA 廠商快速切入的時(shí)機(jī)。國(guó)內(nèi) FPGA 廠商有上海復(fù)旦微，紫光同創(chuàng)、京微雅格、高云半導(dǎo)體、上海安路、西安智多晶等，但是同國(guó)外領(lǐng)先廠商相比，國(guó)產(chǎn) FPGA 廠商不論從產(chǎn)品性能、功耗、功能上都有較大差距。表 3：國(guó)內(nèi)廠商 FPGA 產(chǎn)品廠商紫光同創(chuàng)Titan 系列：Titan 系列可編程邏輯器件是深圳市紫光同創(chuàng)電子有限公司推出的全新高性能 F

15、PGA 產(chǎn)品，它采用了完全自主產(chǎn)權(quán)的體系結(jié)構(gòu)和主流的 40nm 工藝。Titan 系列產(chǎn)品包含創(chuàng)新的可配置邏輯單元（CLM）、專用的 18Kb 存儲(chǔ)單元（DRM）、算術(shù)處理單元（APM）、高速串行接口模塊（HSST）、多功能高性能 IO 以及豐富的片上時(shí)鐘資源等模塊，廣泛適用于通信、視頻、工業(yè)控制等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域降低成本。配置模塊、存儲(chǔ)模塊、上海安路ELF 系列 CPLD 產(chǎn)品是安路科技推出的“小精靈”系列第一代產(chǎn)品，定位低成本、低功耗、可編程 CPLD 市場(chǎng)，支持單芯片、即時(shí)啟動(dòng)、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)及 OTP 模式，適用于通信、工業(yè)、消費(fèi)等應(yīng)用領(lǐng)域中的邏輯橋接、接口擴(kuò)展、系統(tǒng)控制功能。ELF2

16、系列FPGA 產(chǎn)品是安路科技推出的“小精靈”系列第二代產(chǎn)品，包含內(nèi)嵌 MC U 的 SOCFPGA 產(chǎn)品。采用 55nm 低功耗工藝，具有多功能配置、高性能、內(nèi)部資源豐富等特點(diǎn)，在視頻采集、工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域具有廣泛的適應(yīng)性。EAGLE 系列 FPGA 產(chǎn)品是安路科技推出的“獵鷹”系列產(chǎn)品，具有低功耗、低成本、高性能等特點(diǎn)。豐富的 LUT、DSP、BRA M、高速差分 IO 等資源，強(qiáng)大的引腳兼容替換性能，在工業(yè)控制、通信接入、顯示驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域可有效幫助用戶提升性能、京微雅格CME-山（M）系列產(chǎn)品基于京微雅格特有 的 CAP（Configurable Application Platform

17、，可配置應(yīng)用平臺(tái)）構(gòu)架，將FPGA, CPU, SRAM, ASIC, Flash 以 及模擬單元等功能模塊集成在單一芯片上， 滿足客戶不同場(chǎng)合應(yīng)用的“可定制可重構(gòu)可編程”可配置應(yīng)用需求。CME-山系列產(chǎn)品主要面向中高強(qiáng)度數(shù)據(jù)處理應(yīng)用領(lǐng)域，如視頻驅(qū)動(dòng)、工業(yè)控制、信息安全、通信終端等，F(xiàn)PGA 邏輯門數(shù)從幾萬(wàn)門到幾十萬(wàn)門。針對(duì)這些市場(chǎng)領(lǐng)域的特點(diǎn)，CME-山系列可以提供不同組合 的選擇，如純 FPGA、FPGA+MEM、FPGA+MCU+MEM 和FPGA+MCU+ADC+MEM 等。復(fù)旦微電子公司研制出的 FPGA 產(chǎn)品突破了在傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的高可靠性設(shè)計(jì)，采用了全新的億門級(jí) FPGA

18、創(chuàng)新架構(gòu)，并集成了專用超高速串并轉(zhuǎn)換模塊、高靈活可專用數(shù)字信號(hào)處理模塊、高速內(nèi)部可配置時(shí)鐘模塊等適用億門 FPGA 應(yīng)用的模塊電路，其各類指標(biāo)均已達(dá)國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。高云半導(dǎo)體高云半導(dǎo)體GW2A 系列FPGA 產(chǎn)品是高云半導(dǎo)體晨熙家族第一代產(chǎn)品，內(nèi)部資源豐富，具有高性能的 DSP 資源，高速LVDS 接口以及豐富的BSRAM 存儲(chǔ)器資源，這些內(nèi)嵌的資源搭配精簡(jiǎn)的 FPGA 架構(gòu)以及 55nm 工藝使 GW2A 系列FPGA 產(chǎn)品適用于高速低成本的應(yīng)用場(chǎng)合。高云半導(dǎo)體GW1N 系列FPGA 產(chǎn)品是高云半導(dǎo)體小蜜(LittleBee)家族第一代產(chǎn)品，具有低功耗、瞬時(shí)啟動(dòng)、低成本、非易失性、高安

19、全性、封裝類型豐富、使用方便靈活等特點(diǎn)。資料來(lái)源：各公司官網(wǎng)，“5G+AI”帶來(lái) FPGA 新增長(zhǎng)引擎FPGA 在電子通信領(lǐng)域增加帶寬的應(yīng)用有望得到迅速擴(kuò)張，以 5G+AI 為主要應(yīng)用場(chǎng)景的需求將迅速提升 FPGA 的市場(chǎng)容量。電子通訊領(lǐng)域的迅猛發(fā)展有望推動(dòng) FPGA 市場(chǎng)的擴(kuò)張。智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備的不斷增長(zhǎng)增加了電子通訊網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。全世界范圍內(nèi)城市和農(nóng)村地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量都在不斷增長(zhǎng)， 導(dǎo)致了諸如 3G、4GLTE 和 5G 等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，并產(chǎn)生了電子通訊領(lǐng)域?qū)W(wǎng)絡(luò)的旺盛需求。與 FPGAs 耦合的設(shè)備高帶寬收發(fā)器被用來(lái)滿足這一需求。小的 FPGA 設(shè)備提供接口和控制功能，大的設(shè)備可

20、以使用一個(gè)或多個(gè) FPGAs 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。將硬 IP 集成到公共接口和處理功能中大大提高了 FPGA 在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的生產(chǎn)率。此外，硅工藝的引入極大增加了邏輯單元的最大數(shù)量。這些特性使得 FPGA 在電信行業(yè)的應(yīng)用中具有吸 引力。隨著人工智能領(lǐng)域等方面的展開(kāi)，F(xiàn)PGA 也受到了越來(lái)越多的異構(gòu)計(jì)算方面的青睞。人工智能算法所需要的復(fù)雜并行電路的設(shè)計(jì)思路適合用 FPGA 實(shí)現(xiàn)。FPGA 計(jì)算芯片布滿“邏輯單元陣列”，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊，輸入輸出模塊和內(nèi)部連線三個(gè)部分，相互之間既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的獨(dú)立基本邏輯單元。注意 FPGA 與傳統(tǒng)馮諾伊曼架構(gòu)的最大不同之處在于內(nèi)存的訪問(wèn)

21、。FPGA 在本質(zhì)上是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的算法，因此在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法方面有一些難度。FPGA 相對(duì)于 CPU 與 GPU 有明顯的能耗優(yōu)勢(shì)，主要有兩個(gè)原因。首先，在 FPGA 中沒(méi)有取指令與指令譯碼操作，在 Intel 的 CPU 里面，由于使用的是 CISC 架構(gòu)，僅僅譯碼就占整個(gè)芯片能耗的 50；在 GPU 里面，取指令與譯碼也消耗了 1020的能耗。其次，F(xiàn)PGA 的主頻比 CPU 與 GPU 低很多，通常 CPU 與 GPU 都在 1GHz 到 3GHz 之間，而 FPGA 的主頻一般在 500MHz 以下。如此大的頻率差使得 FPGA 消耗的能耗遠(yuǎn)低于 CPU 與 GPU。圖 6：FPG

22、A VS CPU 性能（單位：毫秒）圖 7：FPGA VS CPU 功耗（單位：焦）資料來(lái)源：億歐，資料來(lái)源：億歐，Intel167 億美元收購(gòu) Altera，IBM 與 Xilinx 的合作，都昭示著 FPGA 領(lǐng)域的變革，未來(lái)也將很快看到 FPGA 與個(gè)人應(yīng)用和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的整合。FPGA 在功耗和性能上相對(duì)同等級(jí)的CPU,有較大的優(yōu)勢(shì)。CPU+FPGA 在人工智能深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，將會(huì)是未來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展方向圖 8：FPGA 大幅提升了硬件加速的單位功耗性能資料來(lái)源：51CTO，在 5G 通信領(lǐng)域，F(xiàn)PGA 是基站單元 BBU 里進(jìn)行數(shù)字計(jì)算的重要環(huán)節(jié)。射頻前端信號(hào)在轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后，需要使

23、用 FPGA 來(lái)計(jì)算。FPGA 提供軟件、硅、硬件等參考設(shè)計(jì)工具，這些工具允許用戶使用最少的 HDL 知識(shí)或任何其他FPGA 特定語(yǔ)言開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)。這些工具的使用使得基于 FPGA 的系統(tǒng)的速度已經(jīng)顯著增加。FPGAs 的主要優(yōu)點(diǎn)是具有重新編程的靈活性，并兼具成本優(yōu)勢(shì)。它也能夠?qū)崿F(xiàn)任何 ASICs 能實(shí)現(xiàn)的邏輯功能。同時(shí)，應(yīng)用 DSP 和 FPGA 組合可使成本降低。對(duì)于無(wú)線基站，F(xiàn)PGA 和 DSP 可編程邏輯的系統(tǒng)配分，可促使更大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和市場(chǎng)成功率?；镜慕ㄔO(shè)帶動(dòng) FPGA 增長(zhǎng)小基站需求迅速增長(zhǎng)，出貨量將超過(guò) 2000 萬(wàn)個(gè)。Dell Oro Group 發(fā)布了一份移動(dòng)無(wú)線接入網(wǎng)五

24、年預(yù)測(cè)報(bào)告，該報(bào)告預(yù)測(cè)，接下來(lái)的 5 年時(shí)間里，運(yùn)營(yíng)商對(duì)于宏基站、小基站的需求將會(huì)是“迅猛式”，同時(shí)了解到,這份報(bào)告預(yù)測(cè)，基站出貨量將超過(guò) 2000 萬(wàn)個(gè),5G 新空口大規(guī)模天線陣列( Massive MIMO)收發(fā)器的出貨量將超過(guò) 5000 萬(wàn)個(gè)。2018 年美國(guó)小基站增速達(dá) 560%。美國(guó)無(wú)線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)（CTIA）近日發(fā)布市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告，其中顯示，截至 2017 年末，美國(guó)在網(wǎng)正常運(yùn)行的移動(dòng)通信基站總數(shù)量是 32.3448 萬(wàn)個(gè)，在過(guò)去的 10 年時(shí)間中增加了 52%；而且尤其這得一提的是，“基站的密集部署”成為發(fā)展趨勢(shì)-小基站數(shù)量從2017 年的1.3 萬(wàn)個(gè)猛升至2018 年的8.6

25、 萬(wàn)個(gè)，增幅高達(dá)560%， 而且預(yù)計(jì)在 5G 時(shí)代仍將保持高增速。FPGA 在通信發(fā)展中的重要地位，通訊的發(fā)展帶來(lái) FPGA 量?jī)r(jià)齊升。通信行業(yè)講的云主要包括核心網(wǎng)及各種服務(wù)器中心，在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算沒(méi)有規(guī)模應(yīng)用之前，核心網(wǎng)設(shè)備里面基本沒(méi)有 FPGA，因?yàn)楹诵木W(wǎng)所處理的協(xié)議其實(shí)非常標(biāo)準(zhǔn)化，變化不是太大，我們常見(jiàn)的2G-3G-4G 以及即將到來(lái)的 5G，其標(biāo)準(zhǔn)的核心部分實(shí)際上主要體現(xiàn)在物理層和邏輯層， 而這些功能主要在管道（基站、基站控制、承載、傳輸?shù)犬a(chǎn)品）中實(shí)現(xiàn)，這些標(biāo)準(zhǔn)變化快， 各設(shè)備廠家為了搶占產(chǎn)品和技術(shù)的制高點(diǎn)，甚至在標(biāo)準(zhǔn)還未凍結(jié)之前就推出原型樣機(jī)甚至小批量，而這只有 FPGA 能做到。一

26、般來(lái)講越往終端側(cè)靠近，設(shè)備的數(shù)量越多，用的 FPGA 量也越多，越靠近核心網(wǎng)側(cè)用的 FPGA 數(shù)量越少，但 FPGA 芯片的型號(hào)越高端，單片更貴。圖 9：嵌入式 FPGA（eFPGA）集成在了 5G 基帶芯片內(nèi)資料來(lái)源：電子發(fā)燒友，基站側(cè)用的 FPGA 總價(jià)高，隨著 5G 部署，全球基站數(shù)有望破億?；镜牧糠浅４?，基站雖然和手機(jī)的量沒(méi)法比，但遠(yuǎn)多于核心網(wǎng)數(shù)量，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球存量基站有數(shù)千萬(wàn)（5G 部署后，可能會(huì)輕松破億）， 每個(gè)基站里面有數(shù)塊到 10 數(shù)塊板子（根據(jù)配置不同而不同）， 除了電源和風(fēng)扇板子沒(méi)有FPGA 芯片外，幾乎每塊板子都有FPGA 芯片，有的還不止一顆。其次，基站里面用的

27、 FPGA 型號(hào)也不會(huì)太低端，因?yàn)橐幚韽?fù)雜的物理協(xié)議、部分算法和邏輯控制，接口速率更是一個(gè)重要的考慮。一般來(lái)講，基站中的芯片價(jià)格在一百到數(shù)千元 人民幣不等。價(jià)格過(guò)高比如幾千甚至上萬(wàn)人民幣的芯片，最多在初期原型驗(yàn)證用，不會(huì)大規(guī)模發(fā)貨。最后，基站主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議中物理層、邏輯鏈路層的協(xié)議部分，這部分內(nèi)容每年都在升級(jí)，而且也比較適合 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖 10：4G 基站與 5G 基站分別需要的 FPGA 個(gè)數(shù)對(duì)比（個(gè)）圖 11：4G 基站與 5G 基站的價(jià)值量對(duì)比20162-34-52-4151050FPGARF PA資料來(lái)源：Daiwa estimates & forecasts，資料來(lái)源

28、：Daiwa estimates & forecasts，4G5G我們可以看到，一個(gè) 5G 基站對(duì) FPGA 需求量幾乎是一個(gè) 4G 基站需求量的兩倍，5G 基站硅的價(jià)值量約為 4G 基站的 1.7 倍，F(xiàn)PGA 的價(jià)值量比 4G 基站多大約 1000 美元的價(jià)值量。由此我們可以測(cè)算，將 1000 個(gè) 4G 基站替換成 5G 基站，帶來(lái)的 FPGA 的價(jià)值量提升約為 100 萬(wàn)美元，據(jù) wind 數(shù)據(jù)，中國(guó)移動(dòng) 2016 年的 4G 基站數(shù)就有 151 萬(wàn)個(gè)；若直接新建 1000 個(gè) 5G 基站則將帶來(lái)接近 300 萬(wàn)美元的價(jià)值增量，而現(xiàn)在的基站存量就有幾千萬(wàn)個(gè)。隨著基站出貨量的激烈增長(zhǎng)及 5

29、G 的部署，F(xiàn)PGA 將迎來(lái)迅猛的增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi) FPGA 優(yōu)質(zhì)公司介紹復(fù)旦微電子自主研發(fā) FPGA 二十余年復(fù)旦微電子（Shanghai Fudan Microelectronics Group Company Limited）創(chuàng)建于 1998 年，于 2000 年在香港創(chuàng)業(yè)板上市，2014 年公司轉(zhuǎn)往香港主板上市（股票編號(hào)：1385），是國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)第一家上市企業(yè)。表 4：公司歷史發(fā)生時(shí)間事件類型摘要2015合同/協(xié)議2015 年，公司與復(fù)控華龍簽訂了智能電表芯片開(kāi)發(fā)協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航芯片2013股票上市/IPO2013 年，上海復(fù)旦宣布將由香港創(chuàng)業(yè)板轉(zhuǎn)移至主板上市。2013股票上

30、市/IPO公司轉(zhuǎn)移至香港主板上市，公司宣布從 2014 年起在香港主板交易，交易代碼為“1385”.2011公司變更公司在 2011 年更名為上海復(fù)旦微電子集團(tuán)公司（上海復(fù)旦）。2009合同/協(xié)議2009 年，公司與上海復(fù)旦大學(xué)簽訂了 FPGA 專用協(xié)議，共同研發(fā)抗輻射 FPGA 電路。2009其他上海復(fù)旦微電子向上海復(fù)旦通訊追加投資，最終擁有復(fù)旦通訊 19%的股份。2008合同/協(xié)議在 2008 年，公司與復(fù)旦大學(xué)簽訂技術(shù)研究協(xié)議，合作進(jìn)行 FPGA 電路的自行研制。2008兼并/收購(gòu)上海復(fù)旦微電子收購(gòu)復(fù)控華龍 51%的股份。復(fù)控華龍是從事集成電路應(yīng)用和微系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的中國(guó)公司。2007公司注冊(cè)

31、/成立公司在 2007 年成立兩家子公司。2002公司注冊(cè)/成立2002 年，上海復(fù)旦微電子成立一個(gè)子公司上海復(fù)旦微電子（香港）有限公司。2001公司注冊(cè)/成立2001 年，公司成立子公司 Sino IC2000股票上市/IPO2000 年，上海復(fù)旦微電子在香港創(chuàng)業(yè)板上市，代碼 8102資料來(lái)源：公司公告，公司恒守“無(wú)工廠化（Fabless）”的模式，從事超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和提供系統(tǒng)解決方案，已形成了安全與識(shí)別、非揮發(fā)性存儲(chǔ)器、智能電表、專用模擬電路四大產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展系列。按照公司業(yè)務(wù)分拆，安全與識(shí)別業(yè)務(wù)目前是公司主要收入來(lái)源，占比達(dá)圖12：2017年公司收入分拆其他:健康卡校園卡1

32、4.32社會(huì)安全卡18.4160.706.57資料來(lái)源：公司年報(bào)，60 左右。安全與識(shí)別芯片智能電表芯片NVM其他同時(shí)公司積極開(kāi)拓新興領(lǐng)域，近些年在 FPGA 和北斗導(dǎo)航芯片方面大力布局，形成了自主研發(fā)設(shè)計(jì)芯片的能力，在原有業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，積極擁抱新興市場(chǎng)和領(lǐng)域，形成了新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。圖 13：FPGA 業(yè)務(wù)圖 14：北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，復(fù)旦微電子的 FPGA 產(chǎn)品在航空航天領(lǐng)域已經(jīng)取得應(yīng)用，公司將在 FPGA 國(guó)產(chǎn)化這一進(jìn)程中扮演重要角色。復(fù)旦微電子在 FPGA 領(lǐng)域有近二十年的研究和發(fā)展，是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的自主研發(fā) FPGA 的研究機(jī)構(gòu)。公司研制出的 FPGA 產(chǎn)

33、品突破了在傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的高可靠性設(shè)計(jì)， 采用了全新的億門級(jí) FPGA 創(chuàng)新架構(gòu)，并集成了專用超高速串并轉(zhuǎn)換模塊、高靈活可配置模塊、專用數(shù)字信號(hào)處理模塊、高速內(nèi)部存儲(chǔ)模塊、可配置時(shí)鐘模塊等適用億門 FPGA 應(yīng)用的模塊電路，其各類指標(biāo)均已達(dá)國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。該億門級(jí)系列產(chǎn)品的成功研制填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)超大規(guī)模億門級(jí) FPGA 的空白，可滿足我國(guó)對(duì)國(guó)防、航空、航天、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域 FPGA 器件的迫切需求。從產(chǎn)品上來(lái)看，上海復(fù)旦微電子集團(tuán)股份有限公司在 FPGA 領(lǐng)域有著近二十年的研究和發(fā)展。公司前期研制出的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)千萬(wàn)門級(jí) FPGA 產(chǎn)品，突破了在傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)基種集成電路、半導(dǎo)礎(chǔ)

34、上的高可靠性設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，其高可靠性能處于國(guó)際領(lǐng)先地位。該系列產(chǎn)品已成功應(yīng)用于我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航、載人航天等重大工程項(xiàng)目中，解決了我國(guó)高可靠 FPGA 禁運(yùn)的難題。紫光國(guó)微中國(guó)國(guó)產(chǎn) FPGA 領(lǐng)先廠商公司于 2001 年 9 月在河北省注冊(cè)成立，是國(guó)內(nèi)壓電石英晶體元器件領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，于2005 年在深圳證券交易所中小板上市（股票簡(jiǎn)稱：晶源電子，股票代碼：002049），是同行業(yè)第一家上市公司。公司 2012 年以來(lái)主要通過(guò)外延并購(gòu)、戰(zhàn)略合作、設(shè)立子公司等方式進(jìn)軍集成電路領(lǐng)域，滲透部分細(xì)分領(lǐng)域。集成電路領(lǐng)域的主要業(yè)務(wù)有：智能安全芯片業(yè)務(wù)、特種集成電路業(yè)務(wù)、存儲(chǔ)器芯片業(yè)務(wù)（即將剝離）、FPGA 業(yè)務(wù)

35、和半導(dǎo)體功率器件業(yè)務(wù)。表 5：公司發(fā)展歷程時(shí)間事件2018 年公司更名為“紫光國(guó)芯微電子股份有限公司”，證券簡(jiǎn)稱由“紫光國(guó)芯”變更為“紫光國(guó)微”。2017 年收購(gòu)西安紫光國(guó)芯半導(dǎo)體有限公司 24%股權(quán)，屆時(shí)擁有其 100%的股權(quán)。2016 年紫光集團(tuán)有限公司成為公司控股股東，公司更名為“紫光國(guó)芯股份有限公司”，證券簡(jiǎn)稱改為：“紫光國(guó)芯”。2015 年收購(gòu)西安紫光國(guó)芯 76%股份，進(jìn)軍儲(chǔ)存芯片領(lǐng)域。2013 年子公司深圳市國(guó)微電子有限公司成立全資子公司深圳市同創(chuàng)國(guó)芯電子有限公司，進(jìn)軍 FPGA。2012 年購(gòu)買北京同方微電子有限公司 100%股權(quán)，開(kāi)始涉足集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域（安全芯片）；后改名為“

36、同方國(guó)芯電子股份有限公司”，證券簡(jiǎn)稱改為：“同方國(guó)芯”；同年購(gòu)買深圳市國(guó)微電子有限公司，布局特種集成電路領(lǐng)域。2010 年同方股份有限公司換股收購(gòu)公司 25%股權(quán)，成為公司的第一大股東2005 年在深圳證券交易所中小板上市，成為同行業(yè)第一家上市公司，股票代碼 002049，證券簡(jiǎn)稱：晶源電子。2001 年 9 月公司前身唐山晶源裕豐電子股份有限公司成立。資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，公司公告，圖 15：公司股權(quán)結(jié)構(gòu)圖圖 16：2011-2018H1 兩大核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域相對(duì)變化（單位：億元）90%70%60%50%40%2.436.928.8910.90 12.76 16.649.7330%3.3220%10% 資料來(lái)源：WIND，資料來(lái)源：WIND，公司公告，致力成為安全芯片領(lǐng)導(dǎo)者，積極布局 FPGA。公司于 2018 年 10 月 12 日發(fā)布公告稱，董事會(huì)同意公司將全資子公司西安紫光國(guó)芯半導(dǎo)體有限公司 100%股權(quán)以 2.2 億轉(zhuǎn)讓給間接控股股東紫光集團(tuán)有限公司下屬全資子公司北京紫光存儲(chǔ)科技有限公司，以減輕上市公司的資金投入壓力，改善公司財(cái)務(wù)狀況和盈利能力，意味著其將剝離 DRAM 存儲(chǔ)器芯片業(yè)務(wù)， 從此專注于安全芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，致力成為“安全芯片領(lǐng)