FPGA组成部件、优缺点、市场规模、产业链及应用范围有哪些？

FPGA 市场快速增长。

FPGA（Field Programmable Gate Array）又称现场可编程门阵列，是指一种通过软件手段 更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路。FPGA 芯片主要 由 6 部分构成，分别为：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块 式 RAM、布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。FPGA 芯片在实时性（数据信号处理速度快）、灵活性等方面具备显著优势，在深度学习领域占据不可替代地位，同时具有开 发难度高的特点。

在技术与运用的快速更迭的背景下，FPGA 可编程具有明显的灵活性与实用性。FPGA 由于其 独特的架构拥有其他协处理器无法比拟的优势：相较于 ASIC 专用芯片和 GPU，FPGA 芯片拥 有更高的灵活性和更丰富的选择性；在执行重复率较高的大数据量处理任务时，FPGA 相比 CPU 等优势明显；FPGA 外购编程后即可直接使用，无需等待三个月至一年的芯片流片周期； 用量较小时 FPGA 方案的成本低于 ASIC 等方案，具有成本优势。在 5G 通信、人工智能等具 有较频繁的迭代升级周期、较大的技术不确定性的领域，FPGA 是较为理想的解决方案，未来产 业应用也将更加广泛。

5G、AI 等技术频繁迭代升级，FPGA 全球市场规模稳步增长。根据 Future Market Insights 的预测，FPGA 芯片全球市场规模在 2032 年有望达到约 139 亿美元，2022-2032 年 CAGR 为 7.6%。而随着下游应用的拓展，中国 FPGA 的行业规模也持续提升，根据华经产业研究院与 Frost&Sullivan 数据显示，2021 年中国 FPGA 芯片市场规模为 176.8 亿元，2016-2021 年 CAGR 为 22%；2025 年中国 FPGA 芯片市场有望达到 332.2 亿元，2021-2025 年 CAGR 为 17%。

FPGA 产业链较为复杂，FPGA 制造商对上下游企业议价能力较强。FPGA 产业包括底层算法 设计企业、晶圆代工厂、专用材料及设备供应商等上游企业，FPGA 芯片制造商、封测厂商等中 游企业以及视觉工业厂商、汽车厂商、通信服务供应商、云端数据中心等下游企业。整条产业链 较为复杂， IBM、台积电、Intel、华为、腾讯等国内外知名企业均参与其中。其中产业链中游龙 头 FPGA 企业在全球市场占据垄断地位，且对上游软硬件供应商和下游客户企业议价能力较强。

FPGA 应用市场覆盖范围广泛，在 5G 通信、人工智能 AI 和特种集成电路等多领域具备巨大发 展潜力。 1）5G 发展势头强劲，有望拉动 FPGA 需求加速增长。FPGA 在通讯领域中应用广泛，得益于 其可编程的灵活性以及低延时性，在通讯协议经常变化和升级的情况下具有独特优势。根据 Lattice 数据，通信是 FPGA 的下游应用中最大的细分市场，占比 40%左右。据工业和信息化 部统计，2019 年起 5G 基站数量快速增长，2022 年 6 月底已经达 185 万个。5G 单基站 FPGA 用量较 4G 基站更大，单基站 FPGA 用量有望从 4G 时期 2-3 块提高到 5G 时期 4-5 块。随着 5G 的发展与要求的提升，FPGA 需求和价值量也随之水涨船高。

2）得益于 FPGA 并行性和低延时性的优势，FPGA 在人工智能加速卡领域应用广泛。FPGA 在人工智能领域处理效率及灵活性具有显著优势，与 GPU 相比，FPGA 具备明显的能效优势， 即相同性能下 FPGA 的单位能耗更低；与 ASIC 相比，FPGA 更加灵活，而 AI 神经网络演进的 速度较快，ASIC 无法跟上算法的迭代更新。因此 FPGA 是人工智能领域芯片的一个重要选择。 根据前瞻产业研究院数据，2020 年 GPU 芯片在 AI 芯片中的占比达 36%，而 FPGA 芯片占据 约五分之一的市场，未来人工智能领域的 FPGA 应用有望进一步提升，五年复合增速有望达到 38%。

3）自动驾驶前景广阔，FPGA 发展迎来良机。高阶自动驾驶系统对于平台智能处理能力的要求 骤增，使得以 FPGA 为核心的异构并行自适应平台在赋能前瞻智能驾驶领域发展前景广阔。自动 驾驶系统所趋向的多传感器融合面临安全性、系统复杂、执行效率三类挑战，FPGA 特性刚好符 合多传感器融合的要求，自动驾驶将助力 FPGA 的发展。FPGA 在汽车多个领域已有应用，尤 其在相机和传感器中的应用已经相对成熟。目前，布局了 4D 成像雷达的毫米波雷达企业大多在 用 FPGA，Lidar 厂家除极个别企业采用 ASIC，90%以上都在用 FPGA。未来智能驾驶技术逐 渐成熟，FPGA 用量有望迎来进一步增长。

4）FPGA 在特种集成电路领域具有广阔的市场空间。特种集成电路领域主要是指在特殊温度、 湿度、压力、安全等环境下的应用场景，上述场景对芯片的温宽、抗腐蚀能力、封装形式甚至体 系架构等具有不同的输入性要求。FPGA 在特种集成电路领域具有如下优势：1）可靠性强，可 以适应高温、高压、震动等恶劣条件；2）采用 FPGA 进行设计可以减小系统设计的复杂度，实 现复杂电路功能，减小板级电路上 PCB 布线不当带来的电磁干扰；3）FPGA 具有设计修改灵 活的特性，有利于后期根据需要进行灵活调整或扩展功能。随着 FPGA 在宇航与防务、工业与检 测、测试与测量等领域优势的凸显，未来渗透率有望进一步提升。