電子：“FPGA五問五答”系列報告四-如何理解FPGA商業(yè)模式？龍頭競爭優(yōu)勢的來源

目 錄復(fù)盤1990-2022年FPGA競爭格局演變，我們發(fā)現(xiàn)了什么？ 6FPGA商業(yè)模式的本質(zhì)以及龍頭競爭優(yōu)勢的來源？ 10FPGA廠商之間的競爭，究竟在“拼什么”？龍頭賽靈思如何培育競爭優(yōu)勢？ 17風(fēng)險提示 21相關(guān)報告匯總 22插圖目錄圖1：1990-2022年全球FPGA市場TOP4廠商市場份額變遷 4圖：FPGA龍頭Xilix常年維持穩(wěn)定的大比例份額（50+，且RIC穩(wěn)定在15以上，競爭優(yōu)勢極為突出 5圖3：FPGA廠商以穩(wěn)定的高毛利、確定的市場份額，估值在數(shù)字芯片中位居前列（平均PE） 5圖4：1990-2022年全球FPGA市場TOP4廠商市場份額變遷及背后的驅(qū)動力 6圖5：90年代FPGA門級數(shù)競爭下，領(lǐng)先的廠商往往獲得大部分份額，Altera曾憑借門級數(shù)領(lǐng)先在市占率上反超Xilinx 7圖6：2000-2010，F(xiàn)PGA廠商在集成度上開展競爭 8圖7：異構(gòu)競爭是FPGA行業(yè)自2010年開始的競爭主線 9圖8：FPGA面向的是小批量應(yīng)用，累積的經(jīng)濟(jì)性是其能夠不斷替代ASIC的原因 10圖9：FPGA的價格、需求以及生命周期內(nèi)收入變化曲線 圖10：為什么說制程領(lǐng)先對FPGA非常重要？ 圖FPGA頭部玩家在客戶獲取上的規(guī)模優(yōu)勢 12圖12：FPGA的價格、需求以及生命周期內(nèi)收入變化曲線模擬 13圖13：FPGA龍頭擁有極強(qiáng)的護(hù)城河，歷史上許多玩家撐不過5年，退出者中不乏TI、三星等大型半導(dǎo)體公司 14圖14：FPGA三大廠商Xilinx，Altera和Lattice自90年代以來穩(wěn)定的高毛利 15圖15：FPGA龍頭研發(fā)上的規(guī)模經(jīng)濟(jì) 15圖16：FPGA廠商的產(chǎn)品周期如何影響收入？ 16圖17：從FPGA客戶的視角，發(fā)現(xiàn)FPGA競爭的關(guān)鍵要素：如何更好地滿足客戶的需求？FPGA公司的價值在哪里？ 17圖18：FPGA的競爭關(guān)鍵因素，以及龍頭賽靈思在這些因素上的獨(dú)特優(yōu)勢 18圖19：Altera曾經(jīng)因為Excalibur丟失了大部分市場份額 19圖20：Xilinx和Altera/Intel如何培養(yǎng)用戶黏性？ 20FPGAFPGAFPGAEDAFPGA廠商的競FPGA是一個高度集中的市場，龍頭賽靈思占據(jù)過半份額，前4名玩家合計份額。根據(jù)Marketsandmarket（25%LatticeMicrosemi）10%CR490%200350%2050%圖1：1990-2022年全球FPGA市場TOP4廠商市場份額變遷注：Microchip數(shù)據(jù)包括前Actel、Microsemi的市場份額。資料來源：Xilinx，Altera，Lattice，Microchip，EETimes，Dataquest，PaceTechnologies，iSuppli，IHSMarkit，Marketsandmarkets，Concordia，繪制龍頭賽靈思維持了近20年的的市場份額，以及較高的ROIC賽1984FPGA199018%200350%20年50%1990-20193003ROIC15%2018-201920%+。在15%+ROIC2050%FPGA龍圖：FPGA龍頭ilinx常年維持穩(wěn)定的大比例份額（50+，且IC穩(wěn)定在5以上，競爭優(yōu)勢極為突出資料來源：Xilinx，EETimes，Dataquest，PaceTechnologies，iSuppli，IHSMarkit，Marketsandmarkets，Concordia，Bloomberg，繪制美股FPGA公司高估值的原因？高進(jìn)入壁壘，清晰且確定的競爭格局。FPGA雖然是一個不大不小的市場（202全球83FPA圖3：FPGA廠商以穩(wěn)定的高毛利、確定的市場份額，估值在數(shù)字芯片中位居前列（平均PE）資料來源：Bloomberg，復(fù)盤1990-2022年FPGA競爭格局演變，我們發(fā)現(xiàn)了什么？制程競爭是貫穿FPGAFPGA市場份額最直接的決定因素。FPGA的通用性使其走線和面積比起ASCPA必須在制程上做到領(lǐng)先ASCAPFPGAFPGA9-12FPGA造就了FPGAdesign-wins2-3FPGAFPGA200350%的水平，除了Altera2-3圖4：1990-2022年全球FPGA市場TOP4廠商市場份額變遷及背后的驅(qū)動力注：Microchip數(shù)據(jù)包括前Actel、Microsemi的市場份額。資料來源：Xilinx，Lattice，Microchip，Altera，EETimes，Dataquest，PaceTechnologies，iSuppli，HISMarkit，Marketsandmarkets，Concordia，繪制除了貫穿整個歷史的制程競爭外，在FPGA發(fā)展的不同階段，有著不同的階段競爭主線，實質(zhì)是FPGA不同階段的性能和技術(shù)突破點：門級數(shù)競爭是PA（18420。替代SC的背后是性能提升的需門級數(shù)領(lǐng)先者往往獲得大部分市場份額。90年代，復(fù)雜的電子系統(tǒng)要求百萬門級的規(guī)模，大多使9020-50ASIC90市場的蛋糕LUTPAPAAltera1998-1999100準(zhǔn)單元和ASIC，市占率得到持續(xù)的提升。此階段，F(xiàn)PGAEDA上競爭優(yōu)勢。例作為CPLD年通過推出FLEX進(jìn)入FPGA1993始與Altera8CPLD01AlteraXilinx200051999ClearLogic指控對方利用Altera的EDA軟件為客戶進(jìn)行pin-to-pinFPGA到ASICClearLogic2002圖5：90年代FPGA門級數(shù)競爭下，領(lǐng)先的廠商往往獲得大部分份額，Altera曾憑借門級數(shù)領(lǐng)先在市占率上反超Xilinx資料來源：Xilinx，Altera，PaceTechnologies，EETimes，繪制集成度競爭是PA廠商第二階段的競爭主線（20021。將板上分立的DPFPGA的廠商獲得了DSP90FPGA將TPAFPGAFPGAPCBDSPFPGA（80%的功耗和分立的DSP90FPARA、DSPFPGAAlteraFLEX10KRAMFPGA，Xilinx00023VirtexIIProFPGAFPGA廠商開始將產(chǎn)品線分化，XilinxVirtex和低成本的SpartanVirtexSpartan和CPLDCoolrunnerVirtex4是最高端的SXDSPDSPFXAltera02StratixCyclone，StratixStratixGX集成度競爭的背后是產(chǎn)品定義的競爭，反映了FPGA廠商和客戶溝通和需求把握能力。圖6：2000-2010，F(xiàn)PGA廠商在集成度上開展競爭注：為了方便展示，我們沒有畫上互聯(lián)結(jié)構(gòu)、時鐘、IO等FPGA其他的模塊。資料來源：Xilinx，Altera，繪制異構(gòu)化競爭是FPGA廠商目前的競爭主線（2010-今FPGA廠商競相推出SoC的CPU等處理器嵌入到FPGAPCB使得SoC既具備CPUFPGA的RFSoCARM+4片ADC+4片DAC+1片KintexUltraScale+FPGA，相比分立的方案面積減少了50%，功耗降低JESD20480%-90%2010XilinxZynq7000FPGAFPGA+CPUXilinxZynqPL（FPGA）PS（ARMCPU）AXIXilinx在后ZynqMPSoCRFSoCXilinxZynq系列SoCFPGA187nmACAPFPGA基礎(chǔ)上嵌入了CPUXilinxAI通過高速NoCAltera/Intel年開始陸續(xù)推出了CycloneArriaStratix和AgilexSoCFPGA圖7：異構(gòu)競爭是FPGA行業(yè)自2010年開始的競爭主線資料來源：Xilinx，繪制FPGA商業(yè)模式的本質(zhì)以及龍頭競爭優(yōu)勢的來源？PAFPGA商業(yè)模式的本質(zhì)是用高標(biāo)準(zhǔn)化的芯片覆蓋長尾市場，以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)性，這些小批量應(yīng)用累積起來的出貨量足以支撐FPGA的制程不斷升級。正如我們系列報告一提到的，F(xiàn)PGA是高度標(biāo)準(zhǔn)化的芯片，通過改變FPGALUT416“”FPGA5G“萬能”ASIC/ASSPPC、TV、機(jī)頂盒等的每年在500萬顆以上、甚至上億顆出貨量的市場。針對這些大批量的市場，專門開發(fā)一顆ASIC/ASSP量的應(yīng)用開發(fā)一顆ASIC/ASSPFPGA2017的1.897nm3.5FPGAFPGA/合ASICFPGAFPGA19901202283圖8：FPGA面向的是小批量應(yīng)用，累積的經(jīng)濟(jì)性是其能夠不斷替代ASIC的原因注：ASIC（ApplicationSpecificIC）和ASSP（ApplicationSpecificStandardProduct）的區(qū)別在于，ASIC是用戶自己為單一使用者的單一應(yīng)用開發(fā)，而ASSP是IC廠商為多個場景或用戶的需求開發(fā)，詳情請翻看我們的系列報告一。資料來源：Gartner，Altera，Electronicsfortomorrow，繪制FPGA4-5收入來自于前6FPGA10-15AlteraFPGA4-5FPGAXilinx250%990%5-6FPGA60%69年FPGAFPGA6圖9：FPGA的價格、需求以及生命周期內(nèi)收入變化曲線資料來源：Xilinx，Altera，繪制2-3年的制程領(lǐng)先對FPGA9圖10：為什么說制程領(lǐng)先對FPGA非常重要？22AMDAMD2015Intel2015-2021IntelPSGAltera代表Altera/Intel。資料來源：Xilinx，Altera，Intel，Lattice，繪制FPGAFPGA廠商自己的EDAFPGAFPGAPAesgnnFPA更換FPGAFPGAFPGAFPGA廠商自己的EDAFPGAEDA-FPGA戶通常不會更換FPGA圖11：FPGA頭部玩家在客戶獲取上的規(guī)模優(yōu)勢注：Altera在2015年被Intel收購，并入Intel之后不披露銷售和管理費(fèi)用的數(shù)據(jù)。資料來源：Xilinx，Altera，Intel，Bloomberg，測算及繪制高客戶黏性使得FPGAFPGAFPGAiix190年的19035&A（30%20%Xilinx2010%AlteraSG&A9025%201416%因此，對于FPGA廠商來說，競爭策略就是盡可能領(lǐng)先對手推出新一代的產(chǎn)品，在前2年完成盡量多的9-121-2100%FPGA22015916nmUltraScale+Altera201610Stratix10Xilinx20176Xilinx100%。在獲得強(qiáng)勁的Design-wins廠商憑借階段的大量訂單迅FPGA2HVM廠商可以迅速攤平前期投入的包括NREXilinx30%50%2FPGA515%6%圖12：FPGA的價格、需求以及生命周期內(nèi)收入變化曲線模擬資料來源：Xilinx，Marketsandmarkets，Altera，測算及繪制FPGA59%52-3圖13：FPGA龍頭擁有極強(qiáng)的護(hù)城河，歷史上許多玩家撐不過5年，退出者中不乏TI、三星等大型半導(dǎo)體公司資料來源：EETimes，Intel/AlteraXilinxXilinxA&DXilinx20%3-4MicrochipXilinx80%-90%。FPGA1990和Altera60%200150%XilinxXilinxA&DAlteraA&DXilinx5pctLattice50%3FPGA60%+。圖14：FPGA三大廠商Xilinx，Altera和Lattice自90年代以來穩(wěn)定的高毛利注：A&D（AerospaceandDefense）指國防與航空航天，TME（Test,MeasurementandEmulation）指測試，測量和半導(dǎo)體仿真資料來源：Xilinx，Altera，Lattice，Bloomberg，繪制FPGAXilinxAltera1Xilinx0350%年在研發(fā)上多出來的投入可以用于加強(qiáng)自身的競爭優(yōu)勢，比如更多的技術(shù)/架構(gòu)創(chuàng)新、更完善的EDA開發(fā)、更快的研發(fā)進(jìn)度等方面，而不必?fù)p失盈利能力。圖15：FPGA龍頭研發(fā)上的規(guī)模經(jīng)濟(jì)資料來源：Xilinx，Altera，Bloomberg，繪制FPGA2-3FPGA21.2”41.2FPGA2-3Xilinx1-2FPGA2000-20012007-2009201220152018-2019圖16：FPGA廠商的產(chǎn)品周期如何影響收入？注：上述曲線只考慮產(chǎn)品周期對FPGA公司收入曲線特征的影響。實際上，每一代產(chǎn)品的收入曲線受年度供求關(guān)系，競爭對手策略等因素影響，情況會更復(fù)雜。Xilinx在22年被AMD收購，21年收入來自于AMD披露；Altera在2015年被Intel收購，其2015-2021年收入來自于IntelPSG部門的收入披露。資料來源：Xilinx，Altera，Lattice，Bloomberg，繪制FPGA我們從FPGA的客戶的視角分析，發(fā)現(xiàn)客戶對FPGA主要有兩大訴求：一是為自己的產(chǎn)品獲得競爭力的提升，二是降低開發(fā)的風(fēng)險。一般來說，系統(tǒng)的競爭力來自于在性能、功耗、可靠性、上市速度和成本上的綜合表現(xiàn)，F(xiàn)PGA的客戶——工程師在設(shè)計其產(chǎn)品時往往是基于以上五個維度思考，并在產(chǎn)品設(shè)計上做出自己的權(quán)衡。通常來說，更先進(jìn)代際的FPGA能提供更好的性能和功耗表現(xiàn)，能做到更小的芯片或者相同面積下更高的性能，使得自家產(chǎn)品更受消費(fèi)者的青睞。因此，選擇制程領(lǐng)導(dǎo)者是慣例。除此之外，在以上五個維度的表現(xiàn)最貼近自身情況，即產(chǎn)品定義最接近需求的FPGA，往往會獲得青睞。FPGAFPGA9-12FPGAIPEDAIPFPGAIP，F(xiàn)PGAIP圖17：從FPGA客戶的視角，發(fā)現(xiàn)FPGA競爭的關(guān)鍵要素：如何更好地滿足客戶的需求？FPGA公司的價值在哪里？資料來源：繪制FPGAFPGAEDA細(xì)FPGAFPGAFPGAFPGAFPGA從客戶的視角延伸到FPGA競爭的關(guān)鍵因素，我們總結(jié)為以下六點：客戶關(guān)系、產(chǎn)品、IP庫、軟件、制造和運(yùn)營能力，并在圖中逐一回答了賽靈思在這六個因素中如何做到獨(dú)一無二，即賽靈思是如何培育自己的競爭優(yōu)勢的。：1）制程領(lǐng)導(dǎo)者FPGA0.13μm40nm-FPGALUTFPGA的FPGA圖18：FPGA的競爭關(guān)鍵因素，以及龍頭賽靈思在這些因素上的獨(dú)特優(yōu)勢注：HVM（HighVolumeManufacture），即在design-wins之后的上量階段。資料來源：Xilinx，繪制1998年，賽靈思