芯片行業(yè)之淺談FPGA芯片

FPGA是數(shù)字芯片的一類分支，與CPU、GPU等功能固定芯片不同的是，F(xiàn)PGA制造完成后可根據(jù)用戶需要，賦予其特定功能。

FPGA芯片涉及通信、工業(yè)、軍工/航天、汽車和數(shù)據(jù)中心等多個(gè)領(lǐng)域，且中國(guó)FPGA市場(chǎng)年均復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)超17%，增速顯著高于全球。

中國(guó)市場(chǎng)營(yíng)收占據(jù)國(guó)際FPGA頭部廠商營(yíng)收占比首位，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊，建議關(guān)注芯片行業(yè)明年左側(cè)布局機(jī)會(huì)。

FPGA---可以由用戶定制的高性能芯片

FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)是數(shù)字芯片的一個(gè)子門類，現(xiàn)場(chǎng)可編程性是FPGA的最大特點(diǎn)，CPU、GPU等芯片在被制造完成后，其功能就已被固定，而FPGA在制造完成后，可以根據(jù)用戶需要，通過EDA軟件配置特定電路，從而賦予其特定功能。FPGA的可編程技術(shù)是基于閃存、反熔絲和靜態(tài)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的。

圖:FPGA在數(shù)字芯片中所在位置

資料來源:《FPGA原理和結(jié)構(gòu)》，中信建投

FPGA 由可編程的邏輯單元(Logic Cell)、和外部進(jìn)行信號(hào)交互的輸入輸出單元(Input Output Block)與連接前兩種元素的開關(guān)連線陣列(Switch Box)共三個(gè)部分構(gòu)成。從產(chǎn)品發(fā)展角度，先進(jìn)工藝(制程)、先進(jìn)封裝可以提升FPGA容量，而同工藝下優(yōu)化基礎(chǔ)單元LC的設(shè)計(jì)及其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提升FPGA的性能，同時(shí)軟件的持續(xù)優(yōu)化、豐富的軟核IP庫(kù)也是不同廠商競(jìng)爭(zhēng)力高低的體現(xiàn)。

FPGA行業(yè)高速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外差距顯著

數(shù)據(jù)中心建設(shè)、人工智能和自動(dòng)駕駛等新興市場(chǎng)的加速發(fā)展，帶動(dòng)了FPGA需求持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，2020-2026年全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模從55.85億美元增至96.9億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為9.6%。另根據(jù)Frost&Sullivan預(yù)測(cè)，2021-2025年中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從176.8億元增至 332.2億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為17.1%，中國(guó)FPGA市場(chǎng)增速高于全球。

圖:中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

資料來源: Frost&Sullivan,中信建投

從下游市場(chǎng)角度，F(xiàn)PGA芯片下游涉及通信、工業(yè)、軍工/航天、汽車和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，其中通信市場(chǎng)占比最高，且有望持續(xù)提升，而在以上領(lǐng)域中，汽車預(yù)計(jì)增速最快。

目前，FPGA行業(yè)集中度較高，根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，Xilinx、Intel、Lattice、Microchip 這4家美國(guó)公司共占據(jù)全球93%市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)FPGA廠商在2021年占據(jù)國(guó)內(nèi)16%市場(chǎng)份額，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。

圖:2021年全球FPGA市場(chǎng)份額(收入口徑)

資料來源: Gartner,摩根斯坦利,中信建投

國(guó)產(chǎn)替代空間較大，建議關(guān)注芯片行業(yè)明年左側(cè)布局機(jī)會(huì)

目前，國(guó)內(nèi)FPGA廠商在產(chǎn)品豐富度與技術(shù)實(shí)力與國(guó)際頭部大廠存在較大差距，如14 nm 及以下的先進(jìn)制程產(chǎn)品區(qū)間國(guó)內(nèi)幾乎真空，而國(guó)內(nèi)公司在28nm制程的產(chǎn)品矩陣豐富度亦不及海外巨頭，疊加國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在邏輯容量等方面的性能差距等，提升空間較大；同時(shí)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量廣闊，目前Xilinx在中國(guó)營(yíng)收占比超30%，Lattice占比超50%，中國(guó)均是其最大營(yíng)收地區(qū)，近期國(guó)際大廠紛紛提價(jià)，國(guó)內(nèi)廠商對(duì)應(yīng)可替代的市場(chǎng)空間充足。

綜上，無論是具有不斷迭代新增需求的民用市場(chǎng)，還是出于國(guó)家安全考量，有極大自主可控需求的特種市場(chǎng)，F(xiàn)PGA都有較好的國(guó)產(chǎn)替代前景，國(guó)內(nèi)FPGA廠商成長(zhǎng)空間廣闊。

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