一文看懂FPGA芯片投资框架

twel2e

核心逻辑：

　　近年来FPGA芯片市场需求强劲，主要由于5G渗透率提升、AI 智能推进以及汽车智能化的不断演进。据Market ResearchFuture 预计，2025 年全球FPGA 市场规模将增长至125 亿美元，复合增速超过10%。目前全球FPGA 市场，主要被海外企业垄断，CR4 份额达97%，赛灵思、Altera 遥遥领先。同时在国产芯片自主可控趋势下，国内FPGA 企业积极加大研发投入，有望迎来加速成长期。

　　目前国内FPGA 公司主要有复旦微(正在上市询价)、安路科技(已提交IPO 注册)、紫光同创(紫光国微持股29.47%)、高云半导体等，我们预计随着相关公司上市，国内资本市场将密切关注FPGA 领域的核心机会。
0 s- \# h% J+ f# b' F, `- g7 A/ a5 G& w
# R( \+ c6 V9 i. h3 y　　评论：
1 c0 P- k/ N( l5 h1 c+ E
5 T* H( Z& C+ g- m/ |　　什么是FPGA 芯片？

0 Z; y% }" N! h9 [　　FPGA 中文全称为现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)，是逻辑芯片的一种，逻辑芯片还包括CPU、GPU、DSP 等通用处理器芯片，以及专用集成电路芯片ASIC。集成电路芯片包括数字芯片和模拟芯片两大类，数字芯片可以分为存储器芯片和逻辑芯片。

　　FPGA，主要由“可编程逻辑单元+输入输出单元+开关连线阵列”等三种功能单元构成。FGPA 通常由可编程的逻辑单元(Logic Cell， LC)、输入输出单元(Input Output Block， IO)和开关连线阵列(Switch Box， SB)三种功能单元构成。

　　FPGA 的可编程性是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中查找表(LUT)值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与 I/O 间的联接方式，开关阵列能够通过内部MOS 管的开关控制信号连线的走向，因此用户可以通过对逻辑单元和开关阵列的编程，在FPGA 内部形成不同逻辑电路，以满足所需功能。
% d  y1 y& K5 C+ b1 P8 v
　　FPGA 和CPU、GPU、ASIC 的等核心区别：其底层逻辑运算单元的连线及逻辑布局未固化，适用于底层算法需要持续更迭的运算领域，例如人工智能算法优化。FPGA 芯片，其底层逻辑运算单元的连线逻辑布局并未固化。用户可通过EDA 软件对逻辑单元和开关阵列编程，进行功能配置，从而去实现特定功能的集成电路芯片。

　　而其他类别逻辑芯片，像ASIC、CPU 和GPU 等，物理底层逻辑单元的运算关系均已固定且不可变。打个比方，如果ASCI、CPU 和GPU 等是像建好的楼房，楼房中房间、走廊及楼梯等路线方式是已经固定了。而FPGA 的内部类似霍格沃兹中的魔法楼梯，可以随时改变房间到房间的路线关系。
8 [# Z3 u/ e1 I
　　并且FPGA 不需要像CPU 和GPU 在软件应用层面的指令系统编译，对FPGA 进行编程是使用硬件描述语言，并直接编译烧录为晶体管电路的组合，即直接用晶体管电路实现用户的算法。因此FPGA 方案芯片无需像传统芯片制造需要流片，可以节约大量流片生产成本，也无需承担由流片带来的数个季度的时间成本。

　　由于FPGA 是一种半定制芯片，具有现场可编程性，特别适用于需求物理运算逻辑需要持续更迭的应用领域，例如人工智能算法优化、数据中心应用等。

( g& R. N( e' f, j# c; B: t! F　　全球FPGA 芯片需求规模超过125 亿美金，年复合增速超过10%，增长的核心源动力来自何处？
" I# r+ B% j. \
　　FPGA 下游应用市场广泛，随着5G 技术的提升、AI 的推进以及汽车自动化趋势的演进，全球FPGA 市场规模将稳步增长。据Market Research Future 数据，2018 年全球FPGA 市场规模为63.35 亿美元，预计2025 年将增长至125.21 亿美元，2018-2025 年平均复合增长率为10.22%。随着5G 技术的提升以及AI 的推进，全球FPGA 市场规模将稳步增长。
9 n4 W" J1 V! |7 {8 z
# p- E) x/ z( Z8 n　　中国FPGA 市场高需求，国产化趋势下助力国内企业占领市场。近年来，中国FPGA 芯片市场规模持续上升，从2016 年的65.5 亿元增长至2020 年的150.3 亿元，年复合增长率答23.1%。据预测，至2025 年中国FPGA 市场规模将进一步提升至332.2 亿元，2021-2025 年的复合增长率为17.1%，高于全球FPGA 市场的10.85%。在国产化趋势下，中国FPGA 市场的成长将助力国内企业占据市场份额。
6 a6 W9 _8 g8 T% p* [
+ ^% q: z: l! `$ ?# Z' C- v　　高灵活性使得下游应用领域丰富，是FPGA 芯片需求增长核心源动力。由于FPGA 芯片通过专用EDA 软件现场对硬件进行编程即可实现具体功能，这样的高灵活性使得其下游应用领域丰富，包括工业控制、网络通信、消费电子、数据中心、汽车电子、人工智能等，这些领域增长明确，发展空间广阔，是FPGA 芯片需求增长核心源动力。

　　1、5G 技术更新迭代，驱动FPGA 量价齐升。

　　5G 技术目前处于初期阶段，迭代升级过程较长，为FPGA 的运用提供了较长时间窗口。目前5G 技术仍然处于初期，标准仍未确定，通信基站中的通信协议需要经常变化和升级，市场很难快速推出成熟的5G ASIC 芯片。而FPGA具有可编程特性，在运算速度和延迟上均具有优势，在5G 技术迭代升级过程较长以及技术不确定的情况下，是5G基站的必备选择。
3 H8 T# W, y: I
* X7 X9 [3 d6 Y: _7 m! @4 ]" h　　5G 通信基站数量增多，单个基站FPGA 用量提升，带动FPGA 需求量增大。一方面，现阶段5G 基站处于铺设初期，且5G 基站信号衰减较快，对基站的需求量比4G 时期增长明显，未来全球5G 通信基站数量成长空间巨大。据产业信息网数据，2019 年全球5G 基站数量为13 万座，到2024 年全球5G 基站数量将增长至541 万座。另一方面，随着大规模天线技术的引入，收发通道数将从16T16R 提高到64T64R 甚至128T128R，需要对每个天线单元接受到的信号进行数字处理以降低干扰，单基站FPGA 用量有望从4G 时期的1-3 块提升到5G 时期的4-5 块，5G基站中FPGA 价值量比4G 基站多大约1000 美元。因此，随着5G 技术的不断演进，通信基站数量以及单基站FPGA用量的提升，均将带动FPGA 需求量的增长。
# k. G# B4 u" U1 P% r
5 ^# g9 a+ P1 `$ u/ r　　通道数增加，计算复杂度增加，FPGA 单价有望进一步提高。在单价方面，收发通道数将从16T16R 提高到64T64R甚至128T128R，计算复杂度进一步提升，则需要更大规模的FPGA。而较大规模生产时，FPGA 芯片的单位成本将提升。随着计算复杂度提升以及规模的增长，未来FPGA 芯片的单价有望进一步提升。
+ |# g, M6 }  }5 |
　　预计至2025 年，中国通信领域FPGA 市场规模将达140.4 亿元。FPGA 的高度灵活性，极强的实时处理能力和并行处理能力使得其在通信领域获得大规模应用。据Frost & Sullivan 数据显示，2020 年中国通信领域FPGA 市场规模将达62.1 亿元，2025 年将增长至140.4 亿元，平均复合增长率高达17.71%，成长空间广阔。

! @  H0 m. Z! _+ X9 d( j' o　　2、人工智能时代DEEP LEARNING 是重要趋势，FPGA 具有独特优势人工智能发展趋势显著，成为FPGA 新兴应用市场之一。人工智能早期，GPU 凭借更多的计算能力和更快的内存连接速度使机器学习成为可能。随着算法的规模及复杂性提升，GPU 能耗大等劣势逐步显现。而FPGA 处理效率及灵活性具有显著优势，成为理想选择，潜力日益显现。

" Z& j" U, n$ {; s* t　　在云侧处理时，FPGA 芯片的高灵活性及强并行运算能力突出；在端侧处理时，可编程性、高吞吐和低延迟等特点能有效满足需求。人工智能算法的硬件芯片实现分为云侧处理和端侧处理。在云侧处理时，与GPU 和ASIC 相比，FPGA 内在并行处理单元达到百万级，并行运算能力强大。且其可编程性可实现灵活搭建数据处理流水线，因此运算速度较快，数据访问延迟低，适合人工智能的实时决策。在端侧处理时，目前人工智能算法模型发展的重要趋势是将训练后的模型压缩后应用到推理环节，FPGA 的可编程性、高吞吐量和低延迟能有效满足各神经网络设计的要求。

) z  J2 N2 J/ ~  o5 i　　目前，FPGA 在人工智能加速卡领域广泛应用，预计2025 年中国FPGA 人工智能领域市场规模将达12.5 亿元。

　　通常情况下，FPGA 会与CPU 搭配，起到CPU 加速卡的作用，即把CPU 的部分数据运算卸载至FPGA，将部分小实时处理/加速定制化的计算交由FPGA 执行。据Frost & Sullivan 数据显示，2020 年应用于该领域的FPGA 芯片中国销售额将达5.8 亿元，预计2025 年将增长至12.5 亿元，成长空间广阔。

　　3、汽车自动化趋势下，FPGA 低延迟和高吞吐量使其大放异彩汽车自动化势不可挡，驱动FPGA 在汽车领域的成长。汽车电子行业对FPGA 的需求主要来自于ADAS(智能感知系统)和AV(自动驾驶)。这些应用都需要对来自多个传感器(具有不同类型的接口、数据速率等)的大量数据进行处理，需要能够满足灵活I/O 接口和高数据速率要求的FPGA 进行支撑。
0 M  _: n1 A6 z8 Z9 y
+ U& @5 J. d6 L* ?1 i　　低延迟和更高吞吐量，FPGA 是ADAS 解决方案的重要组成部分。当GPU 进行深度学习推理时，需要大量并行数据的并行处理，以通过单指令多数据(SMID)。相比之下，FPGA 进行无批次处理，具有低且确定的延迟，以及更高的吞吐量和一致的计算效率，这使得FPGA 成为ADAS 解决方案的重要组成部分。以国际龙头赛灵思为例，2014年，其芯片被14 家汽车制造商采用，并设计成29 款车型；到2018 年，赛灵思芯片解决方案以扩大到29 家汽车制造商的111 款车型中。
( @5 m7 f& |! N5 i
　　自动驾驶等级提高，所需传感器数量增长，需处理的传感器数据将成指数级提升。自2008 年起L1 级自动驾驶技术出现，至2019 年L1 级自动驾驶车型数量占比达28.70%，有较大幅度的提升。随着驾驶自动化水平从ADAS L1演进到全自动驾驶L5，对环境进行感知的传感器数量将激增以保证安全，且图像传感器要求更高分辨率、像素深度和帧速率，需要多个通信接口和高数据带宽。业界专家表示，L2 级别自动驾驶平均传感器数量约为6 个，L3 约为13 个，未来L5 有望达到30 个以上。

　　随着汽车电子不断发展，中国FPGA 汽车领域市场规模迅速增长。随着汽车电子不断发展，电动汽车和智能汽车渗透率不断提升，对传感器的需求将大幅增长，所需处理的数据也将呈指数级增长，这将驱动FPGA 在汽车电子领域市场规模的不断扩大。据Frost & Sullivan 数据显示，2020 年应用于汽车领域的FPGA 芯片中国销售额将达到9.5亿元，预计2025 年将增长至26.3 亿元，年复合增速高达22.59%。

' V9 N) W+ }0 Z( o, w/ p8 e) H　　4、工业控制、消费电子同样是FPGA 重要应用领域工业控制、消费电子同样是FPGA 重要应用领域。在工业控制领域中，FPGA 芯片被大量应用在视频处理、图像处理、数控机床等领域以实现信号控制和运算加速功能。2020 年应用于工控领域的FPGA 芯片中国销售额将达47.4亿元 ，预计2025 年将进一步增长至100.8 亿元，复合增长率达16.29%。在消费电子领域，FPGA 芯片可用于智能手机、无人机、智能电视、AR/VR 设备中。2020 年应用于消费电子领域的FPGA 芯片中国销售额将达9.4 亿元 ，预计2025 年将进一步增长至17.6 亿元，复合增长率达13.36%。

, G. {5 W8 P9 a  H# J8 F+ l9 I　　全球FPGA 市场竞争格局如何？国内厂商谁或拔得头筹？

+ _" ?* i: m$ L6 B7 e% A' J　　全球FPGA 市场，主要被海外企业垄断，CR4 份额达97%，赛灵思、Altera 遥遥领先。2019 年赛灵思和Altera分别占据全球FPGA 市场份额的52%和35%，遥遥领先；Lattice 和Microsemi 均占据5%的市场份额。由于技术壁垒高、更新换代速度快，全球FPGA 市场高度集中，国内厂商占比较低。
/ r  J. [. |+ s5 y. r& T* L  t
' E: u0 F& \% J, o　　中国FPGA 市场，国内企业有所突破，安路科技出货量达6%。2019 年，以出货量统计，赛灵思、Altera、Lattice和安路科技分别占据了中国FPGA 市场36.6%、25.3%、23.2%和6.0%的份额；以销售额计，赛灵思、Altera、Lattice和安路科技分别占据55.1%、36.0%、5.2%和0.9%的市场份额。尽管国外厂商占比仍然较高，但国内厂商有所突破。
- e( l+ v0 s7 F) Y2 [' N

Cyberbot6

近年来FPGA芯片市场需求强劲，主要由于5G渗透率提升、AI 智能推进以及汽车智能化的不断演进

land

工业控制、消费电子同样是FPGA 重要应用领域工业控制、消费电子同样是FPGA 重要应用领域
0 D; _1 g5 h; y! X

理论的

5G 技术更新迭代，驱动FPGA 量价齐升
9 A5 |5 S1 q" ^6 ~) ?

瞪郜望源_21

这个资料不错，很是到位，内容比较有深度，了解下