中國FPGA市場競爭格局分析

全球范圍內(nèi)?FPGA?產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展可分為兩個階段。

（1）第一階段是?20世紀?80?年代開始的創(chuàng)業(yè)潮與行業(yè)壟斷化。Lattice、Altera、Xilinx?和?Actel?在1983~1985?年陸續(xù)成立，并迅速成長為?FPGA?行業(yè)四大龍頭；2010?年后?Xilinx和?Altera?已經(jīng)占據(jù)?80%以上的市場份額，剩余份額則大部分被?Lattice?和?Actel瓜分。

（2）第二階段是從?2010?年開始、以大型并購案為特點的行業(yè)洗牌。隨著半導體行業(yè)對?FPGA?的重視加大，Microchip、Intel?和?AMD?等半導體龍頭紛紛下場收購與整合?FPGA?業(yè)務，尤其是?Xilinx?和?Altera?分別與母公司?AMD?和?Intel?形成?CPU+FPGA?的集合優(yōu)勢，戰(zhàn)略部署數(shù)據(jù)中心應用。中國FPGA產(chǎn)業(yè)起步和發(fā)展較晚。復旦微電子自?2004?年開始進行?FPGA?研發(fā)，布局相對較早，安路科技和紫光同創(chuàng)也于?2011?和?2013?年相繼成立。

國際龍頭廠商產(chǎn)品矩陣完整性高，覆蓋面廣。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已形成全面覆蓋從數(shù)十?K?至數(shù)千?K?個邏輯單元量級、從低端到高端的全系列產(chǎn)品線，已可對工業(yè)控制、網(wǎng)絡通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領域形成全面覆蓋。

AMD（Xilinx）FPGA相關產(chǎn)品矩陣主要包括：四大?FPGA產(chǎn)品系列（VIRTEX、KINTEX、ARTIX、SPARTAN），以及集成度更高的兩大自適應?SoC（Adaptive SoC）系列（ZYNQ、VERSAL）。

（1）從芯片制程來看，主要有?UltraScale+（16nm）、UltraScale（20nm）、7?系列（28nm）和?6?系列（45nm）四大類，VERSAL?則是整體升級為?7nm?制程。

（2）從芯片架構來看，F(xiàn)PGA?單芯片向更先進工藝、更高速電路結構、復雜異構?SoC?系統(tǒng)發(fā)展，AMD（Xilinx）的?VERSAL?系列產(chǎn)品中集成了?PCIe、Ethernet?通信協(xié)議以及?AI?引擎、NoC?架構等。

（3）從產(chǎn)品價格來看，隨著產(chǎn)品定位從低端走向高端，F(xiàn)PGA?容量等指標不斷提升，通信架構逐漸升級，對應開發(fā)板的價格也從數(shù)百美元逐步增加到一萬多美元。

（4）從應用領域來看，數(shù)據(jù)中心等高端應用所適用的?FPGA?芯片大多為高端?FPGA?產(chǎn)品線，僅有少部分中高端?FPGA?也能夠滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡加速需求。

觀點#1：在高端?FPGA?硬件水平上，國產(chǎn)廠商與國際龍頭尚存在較大差距

首先在制造工藝方面，AMD（Xilinx）Versal?系列已經(jīng)進入?7nm?制程工藝，Intel（Altera）與之對標的?Agilex?系列也已采用?Intel 7?制程工藝。國產(chǎn)廠商目前尚處于?28nm?的技術節(jié)點，且在?28nm?產(chǎn)品的推出節(jié)點上落后于兩大國際龍頭近十年。作為?FPGA?芯片性能的基礎性指標，芯片制程仍然是國產(chǎn)替代突圍的關鍵。

其次是硬件架構方面，國際龍頭已經(jīng)開始在高端產(chǎn)品中使用先進的?NoC?片上通信網(wǎng)絡架構以及兼顧內(nèi)存容量與帶寬的?HBM?存儲架構，AMD（Xilinx）更是開創(chuàng)?ACAP?的新型異構模式，因此架構創(chuàng)新與升級也是國產(chǎn)廠商未來發(fā)展需要攻克的難關。

在應用領域方面，行業(yè)龍頭企業(yè)?AMD（Xilinx）、Intel（Altera）的產(chǎn)品已可對工業(yè)控制、網(wǎng)絡通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等主要下游領域形成全面覆蓋，國產(chǎn)廠商現(xiàn)階段的產(chǎn)品線尚有不足。與硬件水平的問題殊途同歸，國產(chǎn)?FPGA?首先需要突破先進的硬件技術，才能夠在高端應用領域占有一席之地，而目前國產(chǎn)?FPGA?尚處于中低端市場，自主可控道阻且長。

AMD、Intel?雙寡頭主導市場，中端市場國產(chǎn)化機遇顯現(xiàn)。全球市場競爭格局穩(wěn)定，國際龍頭占據(jù)絕對市場份額。根據(jù)?Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，2019?年全球前四大?FPGA?廠商合計占據(jù)?94.4%的市場份額，其中，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）分別占據(jù)?51.7%、33.7%的絕對份額，具有難以撼動的市場地位。

中國市場競爭格局主要呈現(xiàn)兩大特點：（1）國產(chǎn)?FPGA?廠商開始崛起。近年來，隨著國產(chǎn)替代趨勢漸漸進入?FPGA?市場，國產(chǎn)?FPGA?廠商已占有一席之地。

測算，主要國產(chǎn)?FPGA?設計公司合計營業(yè)收入自?2018?年的?2?億元增長至2022?年的?33?億元，2022?年全球市占率已超過?5%（按本文?2.3?測算口徑），國產(chǎn)化進程大步推進。（2）國際龍頭廠商在中國市場的占有率略低于全球市場（出貨量口徑）。

2019?年，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）在中國市場的份額為?36.6%/25.3%（出貨量口徑），低于其在全球市場?51.7%/33.7%的份額。

從需求側看：中國?FPGA?市場目前以容量<500K、制程在?28-90nm?的產(chǎn)品為主，中低端市場空間更為廣闊。根據(jù)?Frost&Sullivan?數(shù)據(jù)，（1）按邏輯單元拆分，目前?100K?以下邏輯單元的?FPGA?芯片仍是市場需求量最大的部分，其次為100K-500K?邏輯單元部分。500K?以下邏輯單元的?FPGA?芯片合計占有?69.9%的市場份額（2019?年中國市場，銷售額口徑）。

（2）按制程拆分，目前?28nm-90nm制程區(qū)間內(nèi)的?FPGA?芯片由于其較高的性價比與較高的良品率依然占據(jù)了市場中63.3%的份額（2019?年中國市場，銷售額口徑）。此外，由于先進制程產(chǎn)品具有更低功耗與面積和更高的性能，28nm?以下制程的?FPGA?芯片預計將快速發(fā)展。

從供給側看：國際龍頭對中端?FPGA?投入放緩，中端市場迎來機遇。2022年?9?月，AMD?宣布?Xilinx 7?系列產(chǎn)品的生命周期將至少延長至?2035?年，這意味著在中端?FPGA?領域，AMD?的戰(zhàn)略是維持舊有市場，而非增加投入。這為原本在低端市場發(fā)展的?FPGA?廠商帶來機遇。

觀點#2：國產(chǎn)廠商滲透率不斷提升，中低端市場帶來國產(chǎn)替代強大驅動力

從市場層面看：FPGA?供需兩側為國產(chǎn)替代營造有利格局，國產(chǎn)化已初顯成效。國內(nèi)?FPGA?市場對中低端產(chǎn)品需求旺盛，國產(chǎn)?FPGA?可觸達市場空間依然廣闊。FPGA龍頭廠商被CPU龍頭收購，未來戰(zhàn)略向母公司數(shù)據(jù)中心相關業(yè)務傾斜，國產(chǎn)?FPGA?獲得進入中端市場的機遇和空間。從公司層面看：

（1）國產(chǎn)?FPGA?已形成?28nm?產(chǎn)品系列，進軍更先進制程。復旦微于?2018?年率先推出?28nm?億門級?FPGA，安路科技與紫光同創(chuàng)于?2020?年先后來到?28nm?節(jié)點。各公司在更先進制程均已進行多年研發(fā)與積累，劍指國產(chǎn)FPGA?尚未觸及的高端市場。

（2）新興領域積極布局，尋求更大市場空間。安路科技積極開拓汽車電子、數(shù)據(jù)中心、運算加速等新興市場，復旦微新一代配置有APU、GPU、VPU、eFPGA、AI?引擎的異構智能?PSoC?產(chǎn)品——FPAI?也成功發(fā)布，紫光同創(chuàng)第二代面向人工智能、機器視覺等領域的?SoPC?已經(jīng)啟動研發(fā)。FPGA行業(yè)廣闊的市場空間仍將持續(xù)驅動國產(chǎn)?FPGA?廠商加速成長。

在于小型?FPGA?產(chǎn)品的市場基礎扎實，在工業(yè)控制、LED?等行業(yè)出貨量較大。復旦微?FPGA?產(chǎn)品主要應用于高可靠等特定領域，毛利率水平普遍較高。紫光同創(chuàng)背靠紫光集團，與長江存儲、紫光展銳、新華三等同屬一系，在?5G?通信行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈進行了布局，擁有較強的融資能力和市場運作能力。

通過將產(chǎn)品線與營收體量對比來看，先進制程對?FPGA?廠商營收帶動明顯。復旦微進入市場較早，2018?年其?FPGA?營收顯著高于安路科技、紫光同創(chuàng)。隨著2020?年安路科技與紫光同創(chuàng)相繼推出?28nm?新制程產(chǎn)品，營收體量快速成長，2019-2022?年營收?CAGR?分別達到?104%、145%，略快于復旦微?71%的?CAGR增速。

海外?FPGA?廠商已建立成熟的?EDA?軟件生態(tài)環(huán)境。AMD（Xilinx）研發(fā)的Vitis、Vivado?以及?Vitis AI?設計工具可以幫助?AI?科學家、應用與算法工程師、嵌入式軟件開發(fā)人員以及傳統(tǒng)硬件開發(fā)人員等所有類型的開發(fā)人員使用?AMD?自適應計算解決方案。Intel（Altera）Quartus Prime?軟件包含從設計輸入和合成到優(yōu)化、驗證和模擬的所有步驟，另有?Questa?等多款其他軟件，覆蓋?FPGA、CPLD和?SoC FPGA?的完整開發(fā)工具。Lattice?也具有?Diamond、Radiant、Propel?等設計工具，提供專為?Lattice?器件而優(yōu)化的設計流程。

國產(chǎn)?FPGA?廠商亦不落下風，研發(fā)投入占比較大。紫光同創(chuàng)?Pango DesignSuite?軟件開發(fā)工具是一款擁有國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權的大規(guī)模?FPGA?開發(fā)軟件，可以支持千萬門級?FPGA?器件的設計開發(fā)。復旦微也已具備全流程自主知識產(chǎn)權FPGA?配套?EDA?工具?ProciseTM。安路科技?TangDynasty、FutureDynasty?是其自主開發(fā)的?FPGA、FPSoC?集成開發(fā)環(huán)境，其中?FutureDynasty?可以實現(xiàn)?RISC-V工程的編譯與調(diào)試，根據(jù)其招股書披露數(shù)據(jù)，2018-2021H1，F(xiàn)PGA?及?FPSoC軟件研發(fā)相關投入分別占總研發(fā)投入的?25%/30%/26%/19%，軟件工具的研發(fā)亦成為?FPGA?公司研發(fā)投入的重要組成部分。

審核編輯：黃飛

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