2022年FPGA行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)份額研究

1、2022年FPGA行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)份額研究1.多場(chǎng)景適用芯片F(xiàn)PGAFPGA 芯片即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(kāi)關(guān)連線陣列三種功能單元構(gòu)成。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(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA 芯片的工藝制程、門(mén)級(jí)規(guī)模及 SerDes 速率是當(dāng)前產(chǎn)品性能的重要 指標(biāo)，F(xiàn)PGA 的門(mén)級(jí)規(guī)模代表著 FPGA 可開(kāi)發(fā)的潛力。SerDes 的傳輸速率對(duì) FPGA 的實(shí)際性能表現(xiàn)也有很大的影響，直接的反應(yīng)了 FPGA 與外界數(shù)據(jù)交 換的能力，SerDes 速率

2、越高其交換能力越強(qiáng)。FPGA 無(wú)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(chǎn) 品上市時(shí)間。技術(shù)未成熟階段，F(xiàn)PGA 架構(gòu)支持靈活改變芯片功能，有助于 降低器件產(chǎn)品成本及風(fēng)險(xiǎn)，更適用于 5G 商用初期的市場(chǎng)環(huán)境。與 CPU/GPU 相比，F(xiàn)PGA 單位功耗性和計(jì)算耗時(shí)均成量級(jí)提升，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)出色的 I/O 集 成。對(duì)比傳統(tǒng) CPU、GPU、ASIC 芯片，F(xiàn)PGA 具有高性能、低耗能和靈活性 等特點(diǎn)，兼具硬件的并行性和低延時(shí)性，在上市周期、成本上也具有優(yōu)勢(shì)。 基于此，近年來(lái) FPGA 芯片需求高增。2.行業(yè)壁壘高，產(chǎn)品擁有可觀利潤(rùn)FPGA 芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括基本的制造材料、EDA

3、設(shè)計(jì)軟件、IP 授 權(quán)，中游是芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，下游包括晶圓代工、封裝測(cè)試。目前在上游領(lǐng)域， 國(guó)內(nèi) EDA 軟件相對(duì)薄弱，本土廠商使用的 EDA 軟件都是依靠國(guó)外授權(quán)；中 游本土廠商較多，特別是近兩年國(guó)產(chǎn) FPGA 高速增長(zhǎng)，雖然與國(guó)際大廠相比 還有一定差距，但是部分千萬(wàn)門(mén)級(jí)、以及億門(mén)級(jí)產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)；下 游領(lǐng)域，本土晶圓代工和封測(cè)企業(yè)已經(jīng)基本可以滿足國(guó)內(nèi)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(duì)上游代 工廠依賴度較低，需專業(yè)設(shè)計(jì)軟件、算法架構(gòu)支持。底層算法架構(gòu)設(shè)計(jì)企業(yè) FPGA 芯片設(shè)計(jì)對(duì)底層算法架構(gòu)依賴度較低，上游算法供應(yīng)商對(duì)中游 FPGA 芯片研發(fā)制造企業(yè)議

4、價(jià)能力有限。主要算法架構(gòu)設(shè)計(jì)企業(yè)包括高通、ARM、 谷歌、微軟、IBM 等。另一方面，F(xiàn)PGA 芯片企業(yè)需通過(guò) EDA 等開(kāi)發(fā)輔助軟 件完成設(shè)計(jì)，可提供 EDA 軟件的國(guó)際一流企業(yè)向芯片研發(fā)企業(yè)收取高昂模 塊使用費(fèi)，中國(guó)市場(chǎng)可提供 EDA 產(chǎn)品的企業(yè)較少，以華大九天、廣立微、博 達(dá)微科技等為代表，本土軟件功能相對(duì)簡(jiǎn)單，難以滿足多樣的芯片設(shè)計(jì)需求， 因此國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)大多采用國(guó)外 EDA 軟件，目前采購(gòu)境外 EDA 軟件產(chǎn) 品成本高昂，是主要成本之一。下游利潤(rùn)方面：FPGA 芯片利潤(rùn)空間巨大，中低密度百萬(wàn)門(mén)級(jí)、千萬(wàn)門(mén) 級(jí) FPGA 芯片研發(fā)企業(yè)利潤(rùn)率接近 50%。高密度億門(mén)級(jí) FPGA 芯片研

5、發(fā)企業(yè) 利潤(rùn)率近 70%（以賽靈思、Intel 收購(gòu)的 Altera 為例）。相較賽靈思、Intel 等 巨頭，中國(guó) FPGA 在研發(fā)方面起步晚，但研發(fā)進(jìn)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(chǎng)高速增長(zhǎng)，多個(gè)下游領(lǐng)域需求爆發(fā)根據(jù) Frost&Sullivan 數(shù)據(jù)，2021 年，全球 FPGA 芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為 68.6 億美元，同比增長(zhǎng) 12.8%。隨著全球新一代通信設(shè)備部署以及人工智能與自 動(dòng)駕駛技術(shù)等新興市場(chǎng)領(lǐng)域需求的不斷增長(zhǎng)，F(xiàn)PGA 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將持續(xù)提 高，預(yù)計(jì)到 2025 年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 125.8 億美元。近幾年中國(guó) FPGA 市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大增長(zhǎng)

6、，2021 年國(guó)內(nèi) FPGA 芯片市場(chǎng)為 176.8 億元。2016-2021 年年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為 23.1%。隨著國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程的 進(jìn)一步加速，中國(guó) FPGA 芯片市場(chǎng)需求量有望持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到 2025 年，中 國(guó) FPGA 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約 332.2 億元。得益于 FPGA 高靈活性，可擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)PGA 主要應(yīng)用于需要調(diào)整芯 片市場(chǎng)，包括網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等。2020 年中國(guó) FPGA 應(yīng)用最多的市場(chǎng)為通訊領(lǐng)域，占比達(dá)到 41.3%，這主要得益于 近幾年國(guó)內(nèi)大規(guī)模新建 5G 基站。4.芯片行業(yè)寡頭效應(yīng)明顯，國(guó)內(nèi)企業(yè)逐步打開(kāi)市場(chǎng)從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，目前 FP

7、GA 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)），和賽靈思（Xilinx）兩家為主。2020 年全球 FPGA 市場(chǎng)被賽靈思和英特爾（Altera）合計(jì)占有率高達(dá) 83%左右，再加上 Lattice 和 MicroChip 合計(jì) 13%的市場(chǎng)份額，前四家美國(guó)公司即占據(jù)了全世界 96%以上 的 FPGA 供應(yīng)市場(chǎng)，同時(shí)在硬件設(shè)計(jì)和高端的 EDA 軟件設(shè)計(jì)上美國(guó)公司都形成了極強(qiáng)的技術(shù)封鎖。從近幾年的競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看前四家公司的市占率一直 保持著絕對(duì)的壟斷優(yōu)勢(shì)。主要 FPGA 企業(yè)賽靈思：是全球 FPGA 行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。賽靈思的產(chǎn)品覆蓋消費(fèi)電子、 工業(yè)、汽車電子、

8、宇航等市場(chǎng)，市場(chǎng)占有率位列全球第一名。賽靈思也是全 球領(lǐng)先的 FPGA 完整解決方案的供應(yīng)商，研發(fā)、制造并銷售范圍廣泛的高級(jí) 集成電路、軟件設(shè)計(jì)工具以及作為預(yù)定義系統(tǒng)級(jí)功能的 IP。2022 年 2 月 14 日公司被 AMD 以 350 億美元收購(gòu)。Altera：公司在全球 19 個(gè)國(guó)家擁有超過(guò) 3000 名員工。生產(chǎn)的芯片主要用 于電信和無(wú)線通信設(shè)備，涉及軍事裝備、汽車、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)等行業(yè)。2015 年 被英特爾以 167 億美元收購(gòu)。 萊迪思（Lattice）：公司提供業(yè)界最廣范圍的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）、 可編程邏輯器件（PLD）及其相關(guān)軟件，包括現(xiàn)場(chǎng)可編程系統(tǒng)芯片（FPSC）、

9、復(fù)雜的可編程邏輯器件（CPLD）,可編程混合信號(hào)產(chǎn)品和可編程數(shù)字互連器 件，客戶包括通訊、計(jì)算機(jī)、工業(yè)、汽車、醫(yī)藥、軍事及消費(fèi)品市場(chǎng)的原始 設(shè)備生產(chǎn)商。 微芯科技（Microchip）：是全球領(lǐng)先的單片機(jī)和模擬半導(dǎo)體供應(yīng)商，主要 產(chǎn)品包括 PIC8 位單片機(jī)（MCU）、高品質(zhì)的串行 EEPROM 等。從產(chǎn)品情況來(lái)看，目前賽靈思的 FPGA 價(jià)格要明顯要高于其他公司，其 產(chǎn)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(shè)計(jì)， 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(duì) 28nm 制程中低端市場(chǎng)，目前萊迪思已基于三

10、 星 28nm FD-SOI 的 Lattice Nexus 技術(shù)平臺(tái)，推出 Certus-NX、Cross Link-NX 等產(chǎn)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(jī)存取存儲(chǔ)器）兩種選擇。國(guó)內(nèi) FPGA 產(chǎn)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(shè) 計(jì)都是用的國(guó)外架構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)與 FPGA 相關(guān)研發(fā)企業(yè)數(shù)量在 27 家以上，其 中已上市的企業(yè)包括復(fù)旦微電子、安路科技、航錦科技，準(zhǔn)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(guó)內(nèi) FPGA 芯片與國(guó)外差距較大，在 28nm 工藝制程領(lǐng)域，2011 年兩大 國(guó)

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(kāi)始銷售，另外兩家美國(guó) 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(chǎng)份額由上述 4 家美 國(guó)公司占據(jù)。國(guó)內(nèi)紫光同創(chuàng)于 2020 年初發(fā)布了 28nm 工藝制程的千萬(wàn)門(mén)級(jí) FPGA 產(chǎn)品，SerDes 傳輸速率 6.6Gbps；安路科技于 2020 年推出了 PHOENIX 系列產(chǎn)品，SerDes 傳輸速率 16Gbps。復(fù)旦微電自 2004 年開(kāi)始進(jìn)行 FPGA 的 研發(fā)，曾陸續(xù)推出百萬(wàn)門(mén)級(jí) FPGA

12、 和千萬(wàn)門(mén)級(jí) FPGA，2018 年第二季度率先 推出28nm工藝制程的億門(mén)級(jí) FPGA產(chǎn)品，SerDes傳輸速率達(dá)到最高13.1Gbps， 并在 2019 年正式銷售。國(guó)內(nèi) FPGA 設(shè)計(jì)始于 20 世紀(jì) 90 年代，真正技術(shù)發(fā)展于 2000 年以后，起 步比國(guó)外晚十多年。通過(guò)對(duì)比國(guó)際尖端產(chǎn)品，核心參數(shù)差距依然較大。我國(guó) FPGA 研發(fā)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，研發(fā)人員稀缺。但是近些年來(lái)涌現(xiàn)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(dǎo)體，復(fù)旦微 電，京微齊力等。FPGA 發(fā)展涉及到單元架構(gòu)、IP、EDA 軟件、制程工藝、 封裝技術(shù)、專業(yè)人才等諸多方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)必須使各個(gè)方面都達(dá)

13、到所需要求 并構(gòu)筑完整的生態(tài)，才能實(shí)現(xiàn)整體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步乃至替代。5.嵌入式架構(gòu)成主流，國(guó)產(chǎn)芯片逐步縮小差距FPGA 技術(shù)之所以具有巨大的潛在市場(chǎng)，其根本原因在于 FPGA 不僅可 以實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，且其開(kāi)發(fā)周期短、投入 少，芯片價(jià)格不斷下降。 隨著應(yīng)用需求的不斷拓展，F(xiàn)PGA 也從傳統(tǒng)架構(gòu)逐步衍生到嵌入式可編 程系統(tǒng)架構(gòu)。在傳統(tǒng)的 FPGA 上增加應(yīng)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(chǎng)需求。嵌入式可編程系統(tǒng)架構(gòu)是 FPGA 芯片架構(gòu)的一次躍遷，是傳統(tǒng) FPGA 技術(shù)和新型 FPGA 技術(shù)的分水嶺。

14、 而在嵌入式可編程架構(gòu)之后，異構(gòu)計(jì)算將是 FPGA 主要發(fā)展方向。諸多應(yīng)用場(chǎng)景將要求 FPGA 將外部的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行處理，或者除 了進(jìn)行算法處理、扮演高速處理器以外，還要同時(shí)執(zhí)行復(fù)雜控制的任務(wù)，這 類新需求在未來(lái)人工智能、特種集成電路領(lǐng)域?qū)⒎浅Ｆ毡?。異?gòu)計(jì)算，是將 不同架構(gòu)處理芯片整合到一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)工作的方式。具體實(shí)施的方向包括兩種： 其一為芯片級(jí)集成，即將 CPU IP、GPU IP、DSP IP 等集成到單一 SoC 內(nèi)； 其二為板級(jí)集成，將 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等放在一個(gè)板上組合。將這 些不同邏輯器件整合起來(lái)，用不同架構(gòu)去處理不同類型數(shù)據(jù)，根據(jù)處理速度 或帶寬

15、要求進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)揮 CPU、GPU、FPGA、ASIC 各自的專長(zhǎng)。復(fù)旦微電在國(guó)內(nèi) FPGA 芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，是國(guó)內(nèi)最早推出億 門(mén)級(jí) FPGA 產(chǎn)品的廠商。公司自 2004 年開(kāi)始進(jìn)行 FPGA 的研發(fā)，曾陸續(xù)推 出百萬(wàn)門(mén)級(jí) FPGA 和千萬(wàn)門(mén)級(jí) FPGA，2018 年第二季度推出 28nm 工藝制程 的億門(mén)級(jí) FPGA 產(chǎn)品，在 2019 年正式銷售。截至 2021 年底，公司累計(jì)向超 過(guò) 300 家客戶銷售基于 28nm 工藝制程的相關(guān) FPGA 產(chǎn)品，上述客戶類型包 括通信領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域及高可靠領(lǐng)域客戶。公司開(kāi)發(fā)的可編程器件開(kāi)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(guān)鍵先進(jìn)技術(shù)。公司的 ProciseTM 是國(guó)內(nèi) FPGA 領(lǐng)域首款超大規(guī)模全流程 EDA 設(shè)計(jì)工具，可以為超 大規(guī)模 FPGA 提供全流程的自動(dòng)設(shè)計(jì)服務(wù)，并集成了大量 IP 資源，可以幫助 用戶快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)用方案的開(kāi)發(fā)