2021年中國FPGA芯片現(xiàn)狀及趨勢分析

2021年中國FPGA芯片現(xiàn)狀及趨勢分析一、FPGA產(chǎn)業(yè)概述1、產(chǎn)業(yè)概述FPGA，現(xiàn)場可編程門陣列（Field-ProgrammableGateArray），是基于通用邏輯電路陣列的集成電路芯片，其最大的特點是芯片的具體功能是在制造完成以后由用戶配置決定，因此得名“現(xiàn)場可編程”。用戶配置通過FPGA專用EDA軟件實現(xiàn)，軟件接受用硬件描述語言描述的用戶功能，編譯生成二進制位流數(shù)據(jù)，最后將位流下載到芯片中實現(xiàn)用戶描述的功能。2、分類對比人工智能領(lǐng)域作為加速計算的分支，同樣要求低延時性和并行性，F(xiàn)PGA在人工智能領(lǐng)域有高處理效率和靈活性的優(yōu)勢，與ASIC等其他競品來看，F(xiàn)PGA靈活性更強、系統(tǒng)擴展性較好、并行運算加速表現(xiàn)出色，且FPGA產(chǎn)品的開發(fā)周期相對較小，又能夠與CPU搭配起到加速卡的作用，在相同性能下比GPU的單位能耗低，因此FPGA在人工智能領(lǐng)域是更優(yōu)選擇。目前，CPU+FPGA+AI或者CPU+FPGA+GPU融合架構(gòu)的PSoC芯片兼具了SOC的靈活性和通用性、FPGA的硬件可編程性和專用AI加速核或GPU的的高效性，有極好的能效加成，因而逐漸成為主流發(fā)展趨勢。三、FPGA上下游影響分析1、上游端FPGA芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括基本的制造材料、EDA設(shè)計軟件、IP授權(quán)，目前國內(nèi)EDA軟件和IP相對薄弱，本土廠商使用的EDA軟件和IP基本都是依靠國外授權(quán)。經(jīng)過驗證可復(fù)用的成熟IP模塊使芯片設(shè)計公司無需獨立完成芯片上所有IP的設(shè)計，可以將更多資源集中在打造核心產(chǎn)品競爭力的研發(fā)中。據(jù)數(shù)據(jù)，英國ARM公司和美國新思科技2020年以41%、19.2%的高市占率穩(wěn)居全球CR2位置，中國大陸僅有芯原股份以2%的全球市占率擠進前十名。從全球市場競爭格局來看，EDA行業(yè)呈現(xiàn)明顯的寡頭趨勢。全球EDA市場被Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登電子)和西門子EDA主導(dǎo)，三家廠商的市場份額估計超過70%。從產(chǎn)品和服務(wù)情況看，新思科技、楷登電子競爭力比較強，能夠覆蓋電子設(shè)計全部流程;西門子EDA在PCB(印刷電路板)設(shè)計工具領(lǐng)域的優(yōu)勢明顯。從國內(nèi)來看，國際三大EDA巨頭新思科技、楷登電子和西門子EDA在國內(nèi)市場占據(jù)明顯的頭部優(yōu)勢，國產(chǎn)龍頭華大九天占比4.8%左右市場份額。2、下游結(jié)構(gòu)就下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)而言,FPFA芯片作為適用性，下游應(yīng)用廣泛，通信和工業(yè)為主要應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)據(jù)顯示，2020年通信領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)了FPGA73%的應(yīng)用市場，其中通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣，主要得益于FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點可以實現(xiàn)分布式的算法結(jié)構(gòu)，無線通信中的高速數(shù)字信號處理十分有益，可以有效地實現(xiàn)大量濾波運算的乘和累加操作。三、政策背景雖然集成電路全球化分工日益嚴重，中美半導(dǎo)體領(lǐng)域持續(xù)競爭背景下，我國集成電路技術(shù)突破受到美國的持續(xù)封鎖，為避免像中芯國際和華為等先進制程突破受影響，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈整體國產(chǎn)化是我國集成電路突破封鎖的關(guān)鍵，政策推動背景下，我國集成電路國產(chǎn)化進程持續(xù)加速，邏輯電路作為集成電路產(chǎn)品關(guān)鍵領(lǐng)域受益快速突破，而FPGA相較CPU和GPU技術(shù)要求相對較低，國產(chǎn)化速度更快。四、中國FPGA產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀隨著下游通訊和工業(yè)領(lǐng)域需求穩(wěn)步發(fā)展，新興領(lǐng)域如汽車電子等領(lǐng)域高速擴張，我國FPGA芯片市場規(guī)模整體表現(xiàn)為快速增長，數(shù)據(jù)顯示2020年我國FPGA芯片市場規(guī)模達150.3億元，同比2019年增長16%。就趨勢而言，隨著5G基站和AI領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展，F(xiàn)PGA有望受益持續(xù)高增速發(fā)展。1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同F(xiàn)PGA工藝節(jié)點對應(yīng)不同的主流應(yīng)用場景，國際第一大FPGA廠商賽靈思將28nm以上制程產(chǎn)品均定義為先進產(chǎn)品，目前國內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)28nm工藝節(jié)點FPGA量產(chǎn)的公司較少，市場的主要份額仍由賽靈思等行業(yè)龍頭占領(lǐng)。目前所有國產(chǎn)廠商在國內(nèi)市場的營收份額占比很少，而復(fù)旦微電是國內(nèi)首家研發(fā)出28nmFPGA產(chǎn)品的公司，就市場結(jié)構(gòu)而言，目前FPGA芯片28nm僅在2成以上，仍有較大滲透空間。五、FPGA競爭格局1、市場集中度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(jù)了全世界96%以上的FPGA供應(yīng)市場，同時在硬件設(shè)計和高端的EDA軟件設(shè)計上美國公司都形成了極強的技術(shù)封鎖。國內(nèi)主要的FPGA企業(yè)為安路科技、復(fù)旦微電子、成都華微、紫光同創(chuàng)等，其中FPGA占比國內(nèi)市場份額6%左右。Xilinx、Microchip、Lattice均為全球領(lǐng)先的FPGA企業(yè)，賽靈思（Xilinx）作為全球FPGA龍頭，主流制程已從28nm工藝制程的芯片產(chǎn)品向16nm的Ultrascale+系列聚集，并在7nm工藝制程上推出了量產(chǎn)Versal芯片產(chǎn)品，技術(shù)領(lǐng)先全球，毛利水平最高，雖然近年產(chǎn)業(yè)競爭加劇背景下小幅度下降，仍在65%以上；萊迪斯半導(dǎo)體（Lattice）主要產(chǎn)品包括通用型FPGA、視頻橋接FPGA等，毛利水平略低于賽靈思；微芯科技從事FPGA業(yè)務(wù)子公司Microsemi專注于高性能模擬和混合信號集成電路及高可靠性半導(dǎo)體設(shè)計、制造，毛利水平略高于萊蒂思，安路科技雖然技術(shù)水平仍有差距，但國內(nèi)市場整體占據(jù)成本和競爭優(yōu)勢，毛利水平可達同一水平。2、主要FPGA國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀對比安路科技的28nm制程FPGA已經(jīng)量產(chǎn)，是國內(nèi)首批具有28nmFPGA芯片設(shè)計和量產(chǎn)能力的企業(yè)，且已開展FinFET工藝產(chǎn)品預(yù)研工作。復(fù)旦微電子在2018年推出了采用28nm制程工藝的億門級FPGA產(chǎn)品，其SerDes傳輸速率最高達13.1Gbps，已向國內(nèi)數(shù)百家客戶發(fā)貨。紫光同創(chuàng)的Titan系列（40nm）、Logos系列（40nm）均實現(xiàn)了量產(chǎn)與商業(yè)化，采用28nm制程的千萬門級（4000萬）FPGA量產(chǎn)工作也在推進過程當中。2021年安路科技FPGA整年營收6.79億元，同比2020年增長141.44%，其中FPGA產(chǎn)品營收占比95%左右，安路科技FPGA產(chǎn)品可分為EAGLE系列、ELF系列和PHOENIX系列，其中前兩種價格較低均價在14-17元/顆，整體銷量較高，PHOENIX系列面向高性能可編程邏輯市場，銷量相對較低，價格在170元/顆左右。六、FPGA發(fā)展趨勢1、先進制程需求持續(xù)增長隨著5G時代通信設(shè)施的部署、汽車輔助駕駛技術(shù)的成熟、不斷增長的數(shù)據(jù)中心需求、人工智能領(lǐng)域的開拓創(chuàng)新，以及要求的高速率、超精密的技術(shù)，28nm、14/16nm工藝制程FPGA將獲得更大的市場空間。2、國產(chǎn)替代加速我國半導(dǎo)體整體發(fā)展較全球先進水平較晚，高