2022年FPGA行业市场现状及发展趋势分析 通信领域是FPGA市场最重要的组成部分

1. FPGA：“万能芯片”，复杂数字硬件电路设计的首选

1.1 产品结构复杂，特点鲜明

FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）是一种可通 过重新编程来实现用户所需逻辑电路的半导体器件。FPGA 在专用 ASIC 的基础上发展 而来，不但继承了 ASIC 的大规模、高集成度、高可靠性等优点，同时克服了一般 ASIC 设计周期长、投资大、灵活性差等缺点，是复杂数字硬件电路设计的首选。

FPGA 主要由三部分组成：逻辑部分（逻辑块，Logic Block，简称 LB）、输入输 出部分（I/O 块，Input/Output Block，简称 IOB）、布线部分（包含：布线通道、开 关块（Switch Block，简称 SB）、连接块（Connection Block，CB）等）。虽然这三 部分就可以实现任意逻辑电路，但实际中往往还需要一些其他电路，如时钟树、配置 /扫描链（configuration/scan chain）、测试电路等。此外，很多商用 FPGA 还包含 处理器、块存储器、乘法器等固定功能的硬核电路。

FPGA 中的逻辑部分，负责实现逻辑电路，实现方式有多种（乘积表、查找表和 数据选择器等），一般由可以实现任意逻辑电路的可编程部分触发器（Flip-Flop，FF） 等数据存储电路和数据选择器组成；输入输出部分，通过连接 I/O 引脚和内部布线， 对外部进行信号输入输出，一般包含上拉、下拉、输入/输出的方向和极性、转换速 率（slew rate）、开漏（open drain）等控制电路，以及触发器等数据存储电路，通 常支持十余种规格输入/输出；布线部分，主要负责逻辑块相互之间以及逻辑块与 I/O 之间的连接，除了岛型构造外，还有多层构造、H-tree 构造等多种类型；其他部分， 例如对逻辑块、I/O 块、开关块和连接块进行控制的配置存储单元以及配置链，以及 时钟网络、扫描路径等。

1.2 始于 20 世纪 70 年代，发展历程长

第一代（20 世纪 70 年代，出现 FPLA、PAL）：

1975 年西格妮蒂克公司发布了一种基于熔断丝的可编程 FPLA（Field Programmable Logic Array，现场可编辑逻辑阵列）。1978 年 MMI 公司（即现在的莱 迪思公司）将其简化并采用双极性晶体管制程，开发了高速 PAL，并最终得到了普及。

第二代（20 世纪 80 年代，出现 GAL、EPLD、FPGA）

20 世纪 80 年代前期，各公司开始销售基于 CMOS EPROM/EEPROM 的 PLD，产品往 往功耗低且可重新编程，同时出现了最早将 FPGA 产品化的赛灵思（Xilinx，1984 年 成立）公司。80 年代后期，随着半导体集成度和速度的提升，出现了无法擦写的反 熔丝 FPGA。

第三代（20 世纪 90 年代，FPGA 大规模发展）

20 世纪 90 年代，赛灵思和阿尔特拉分别改进扩展了 XC400 和 FLEX 架构，使得 FPGA 的逻辑电路规模（门数）快速增长。90 年代前期，门数达到了数千至数万门， 后期则发展到了数万至数十万门，并且在集成度上与 CPLD 拉开差距，性能上与 ASIC 等产品差距逐渐缩小，成功进入半定制产品市场；系统化与大规模化，也导致搭载 MPU 和 DSP 等硬核模块成为必然趋势。1997 年，逻辑规模达 25 万门，主频达到 50~100MHz，1999 年，赛灵思的 APEX20K 将集成度提高至 100 万门级。

第四代（21 世纪 00 年代，百万门级和系统 LSI 化）

2000 年之后，FPGA 呈现系统 LSI 化。阿尔特拉推出了第一款带有硬核处理器的 FPGA 产品 Excalibur，其上集成了 ARM 处理器和 FPGA 电路。同时，产品的外部接口 也开始提升，FPGA 开始应用 SERDES（Serialixer-Deserializer，串行器-解压器） 电路和 LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低电压差分信号），实现高速 串行通信接口。产品快速迭代，赛灵思公司的高端 FPGA 产品 Virtex Ⅱ pro（2002 年，130nm）及后续 Stratix-4（2004 年，90nm）、Stratix-5（2006 年，65nm）和 Stratix-6 （2009 年，40nm）大约每两年升级一次。

第五代（21 世纪 10 年代，制程发展、行业洗牌）

2010 年开始，赛灵思和阿尔特拉都发布了 28nm 的 FPGA 并从 2011 年开始供货， 并且产品除了高低端外，还增加了中端产品。例如，赛灵思全系列（高端为 Virtex-7， 中端为 Kintex-7，低端 Artix-7）全采用 28nm 制造工艺，提高性能的同时还降低了 功耗。同时，行业垄断化加剧，赛灵思和阿尔特拉占据市场八成的份额，仅剩的两成 中的大部分又被莱迪思和 Actel 瓜分。

1.3 “万能芯片”应用场景多

民用方面，FPGA 在通讯、工业控制、人工智能等方面应用广泛。通信领域，在 通讯协议经常变化和升级的情况下，市场很难快速推出成熟的 5G 的 ASIC 芯片，得益 于可编程的灵活性以及低延时性，FPGA 具有独特优势。工业控制领域，FPGA 大量应 用在视频处理、图像处理、数控机床等领域实现信号控制和运算加速功能。人工智能 领域，FPGA 会与 CPU 搭配，把 CPU 的部分数据运算卸载至 FPGA，将部分需要实时处 理/加速定制化的计算交由 FPGA 执行，起到 CPU 加速卡的作用。

2. 市场概况：Fabless 运营模式，市场空间稳定增长

2.1 Fabless 运营模式，具备强技术壁垒

Fabless 运营模式

国内的 FPGA 厂家普遍采用 Fabless 运营模式，企业仅进行芯片的设计、研发和 销售，而将晶圆制造、封装和测试外包给专业的晶圆代工、封装和测试厂商。这种轻资产运营模式，使公司能够根据自身情况及市场规则，独立自主开展经营活动，将产 品研发能力和产业链整合能力最大化体现；但采用这种模式，其产能容易受到晶圆厂 和封装测试厂商产能限制，盈利也容易受到晶圆市场价格和加工费用上涨而产生波动。

现在国内 FPGA 公司主要合作的晶圆代工厂包括中芯国际、上海华虹、台积电等， 封装测试厂包括华天科技、长电科技等；此外，部分公司为加快研发速度、缩短设计 周期，会向 IP 核供应商购买 IP 核授权，向 EDA 工具供应商采购 EDA 设计工具。

产业技术壁垒高

研发费用方面，2021 年，行业龙头赛灵思以 9.05 亿美元（约合人民币 60 亿元） 占有绝对优势；从研发费用占营收比例来看，国内企业占比均较高，其中安路科技占 比最高，为 35.90%，其次为复旦微电，占比为 26.84%，最低的是紫光国微，占比为 11.83%。国内外企业研发费用占营收比例均较高，表明行业具有较强的技术壁垒。

专利方面，国外仅赛灵思及阿尔特拉就拥有超过 9000 项专利，而国内 FPGA 设计 相关公司，仅紫光国微拥有近千项专利，复旦微电拥有 210 项发明专利、软件著作权 229 项。国内厂商相关专利数量较少，表明技术积累与国外龙头企业仍有差距，相关 技术壁垒还需继续突破。

人才方面，英特尔与国际数据公司(IDC)合作的报告调研发现，国内企业普遍缺 乏 FPGA 技术人才，人才匮乏是制约产业发展的首要因素。市场上仅初级人才需求可 以被满足，而 70%以上的企业都认为中级水平以上工程师严重不足，60%以上的企业 需要 FPGA 时序仿真及算法设计与仿真验证方面的工程师。另外，63.4%的企业表示， 未来会显著加强 FPGA 相关人员的招聘。专业人才的紧缺，形成了行业和不同企业的 竞争壁垒，同时也表明行业发展迅速，人才及技术储备有待提升。

2.2 需求分布均匀，国产化仍需提升

供给端：国内市场份额多半被国际大厂占据

FPGA 国际大厂，一方面，洗牌基本结束，Actel 于 2010 年 10 月被美国主攻高可 靠性半导体的 Microsemi 收购，莱迪思在 2011 年年末收购主打超低功耗 FPGA 的 SiliconBlue，Intel 在 2015 年 6 月以 167 亿美元收购了阿尔特拉，AMD 在 2020 年 10 月同意以 350 美元的收购价收购龙头赛灵思；另一方面，行业出现了垄断化， Frost&Sullivan 数据显示，以出货量统计，2019 年国际市场上，赛灵思、Intel（阿 尔特拉）、莱迪思和 Microsemi 分别占据了 51.7%、33.7%、5.0%和 4.0%的市场份额，总共 94.4%。 国内市场，Frost&Sullivan 数据显示，2019 年以出货量统计，赛灵思、阿尔特 拉和莱迪思分别占据了 36.6%、25.3%和 23.2%的市场份额。预计未来随着国内企业持 续加大对 FPGA 的研发投入，以及国内厂家对国产化产品的持续提升，国内厂家对国 内市场份额的占比会逐步提升。

需求端：各类需求分部均匀

按逻辑单元容量分析，Frost&Sullivan 数据显示，国内市场 2019 年以销售额计， 100K 逻辑单元以下的 FPGA 芯片占比 38.2%，100K-500K 逻辑单元的 FPGA 芯片占比 31.7%，500K 逻辑单元以上的占比 30.1%。 按制程分析，目前 28nm-90nm 制程区间内的 FPGA 芯片由于其较高的性价比，与 较高的良品率，占据了市场的主要地位。此外，由于先进制程产品具有更低功耗与面 积和更高的性能，28nm 以下制程的 FPGA 芯片预计将快速发展。Frost&Sullivan 数据 显示，国内市场 2019 年以销售额计，28nm-90nm 制程的 FPGA 芯片占据了 63.3%的市 场份额，28nm 以下制程的 FPGA 芯片占据了 20.9%的市场份额。

2.3 中低端产品种类丰富，高端产品还需补足

高端 FPGA 方面，国产 FPGA 中，仅复旦微电的亿门级 FPGA 系列等少数芯片逻辑 单元可达约 700K，其余大部分逻辑单元容量在 200K 以下，而国际龙头企业赛灵思、 阿尔特拉均有 1KK 以上容量的逻辑芯片；从制程来看，国内已量产的 FPGA 芯片最高 采用 28nm 工艺，而赛灵思、阿尔特拉等厂家已有 10nm 及 16nm 芯片量产。这些表明， 高端 FPGA 方面，国产 FPGA 芯片仍有追赶空间。 中低端 FPGA 方面，国产产品的逻辑单元容量从 9k 到 174K 不等，产品种类较为 丰富，表明中低端市场，国内厂家已经掌握了相关技术，客户对于中低端 FPGA 产品 的需求可以被满足。

3. 产业发展趋势：市场需求持续扩大，国产化替代快速进行

3.1 国外龙头企业具有垄断性优势

Xilinx/赛灵思：国际行业龙头

Frost&Sullivan 数据显示，以出货量统计，2019 年，赛灵思占据了国际市场上 51.7%的份额、国内市场 36.6%的份额，是 FPGA 领域的国际龙头企业。2022 年 2 月， AMD 完成对赛灵思的收购。 营收方面，赛灵思在 2018-2019 年保持高增长之后，近两年业绩增速出现放缓。 2021 年，赛灵思共营收 31.48 亿美元，其中先进产品（Advanced Products，包含 28nm及以上制程产品）共营收 22.33 亿美元，核心产品（Core Products，28nm 以下制程 产品）共营收 9.15 亿元；高级产品占其营收比例逐年提高。毛利及毛利率方面，赛 灵思毛利最近两年也出现了增长放缓迹象，但毛利率始终保持在 65%的高水平以上。

从区域分析，赛灵思在中国区域营收增速最快，从 2018 年的 6.64 亿美元增长到 2021 年的 10.20 亿美元，中国占其营收比达到 32.40%，占比超过其他所有区域。赛 灵思在中国、美国、欧洲、日本的营收 3 年 CAGR 分别为 15.38%、5.73%、0.06%、0%， 中国市场的活力最为旺盛。

从下游市场看，2021 年，赛灵思的净收入来源主要是各种工业类（A&D， Industrial and TME，即航空及国防、工业、测试与仿真等），占比为 44%；其次为 通讯类（Wired and Wireless，即有线及无线），占比 30%；消费类（Automotive， Broadcast and Consumer，即汽车、广播和消费）占比为 16%；数据中心（Data Center） 占比为 10%。 赛灵思研发费用也始终保持高增长，从 2018 年的 6.40 亿美元增长到 2021 年的9.05 亿美元，3 年 CAGR 为 12.24%；研发费用占总收入的比例，5 年来始终保持在 25% 至 30%之间，2021 年为 28.75%，比例值较高。

Lattice/莱迪思：国内出货量占比较高

Frost&Sullivan 数据显示，以出货量统计，2019 年，莱迪思占据了国际市场上 5.0%的份额，国内市场 23.2%的份额。2021 年，赛灵思共营收 5.15 亿美元，毛利率 62.52%，营收及毛利较上年同期均有较大幅度增长。

从区域分析，莱迪思在中国区域营收增速三年 CAGR 为 8.66%，仅次于美国的 15.44%；最近五年，中国区占其营收比例始终保持在 50%以上，2021 年 54.56%，可 见中国市场对其至关重要。

下游市场方面，2021 年，工业和汽车板块占营收比例最大，为 43.88%；其次为 通信和计算板块，为 42.33%；其余板块占营收比例均较小。研发费用方面，近五年 来，仅 2017 年研发费用占总收入比例达到 26.68%，其余时间比例值始终稳定在 19% 至 22%之间。

3.2 细分板块需求增长，整体规模持续扩大

从全球市场来看，由于 FPGA 灵活性高、开发时间短，其应用场景覆盖工业控制、 网络通信、数据中心等多种类型，市场规模不断扩大。未来随着通信市场的扩张，以 及工业控制等领域的持续发力，市场规模有望从 2022 年的 79.4 亿美元增长到 2025 年的 125.8 亿美元，3 年 CAGR 为 16.58%。 从国内市场来看，FPGA 的使用场景可拆分为工业领域、通信、消费电子、数据 中心、汽车、人工智能等，市场规模有望从 2022 年的 208.8 亿元增长到 2025 年的 332.2 亿元，3 年 CAGR 为 16.74%。

从各个细分板块来看，通信领域是 FPGA 市场最重要的组成部分。一方面，FPGA 芯片运算速度可以有效满足通信领域高速的通信协议处理需求；另一方面，在通讯协 议暂未规范，ASIC 芯片不适合大规模普及的情况下，FPGA 芯片又可依靠其高度的灵 活性以适应通信协议持续迭代。现阶段，FPGA 已经开始在通信行业大规模普及，随 着市场份额的扩大以及 FPGA 芯片在市场的不断推广，未来 3 年通信领域有望始终占 据国内 40%以上的市场份额，规模从 2022 年的 86.7 亿元增长到 2025 年的 140.4 亿 元，3 年 CAGR 为 17.43%。

数据中心是 FPGA 的新兴市场，用来在网络基础设施上传递、加速、展示、计算、 存储数据信息。相比于 CPU，FPGA 的体系结构决定其能够同时提供强大的计算能力和 足够的灵活性；相比于 GPU，FPGA 具有低延迟及高吞吐的优点；相比于 ASIC，FPGA 在研发周期、性能、灵活性等方面可以达到出色的平衡。在云计算大面积应用的背景 下，未来数据中心对芯片性能的要求进一步提高，FPGA 芯片在数据中心芯片中的价 值占比也将提升。

车载 FPGA 方面，FPGA 芯片可以为快速增长的各种汽车电子应用需求提供灵活低 成本高性能解决方案。随着汽车电子在不断发展，并且电动汽车、智能汽车快速兴起， FPGA 市场规模未来增速最快，有望从 2022 年的 14.6 亿元增长到 26.3 亿元，3 年 CAGR 为 21.67%。

人工智能方面，硬件芯片实现分为云侧处理和端侧处理。在云侧处理领域，FPGA 由于高度灵活性及并行运算能力，在推断任务处理上具有巨大的潜力；在端侧处理领 域，随着智能终端对实时响应和多样化应用的需求，FPGA 由于可以实现快速推断决 策，而被广泛应用。

3.3 国内相关公司营收增速快于外企，国产化替代快速进行

国内 FPGA 领域相关企业快速发展。统计国内 3 家 FPGA 领域相关上市公司相关板 块的营收及毛利，从 2018 年至 2021 年，板块整体表现较好。公司营收从 2018 年的 7.98 亿元增长至 2021 年的 44.34 亿元，3 年 CAGR 为 77.14%；毛利从 2018 年的 5.40 亿元增长至 2021 年的 31.79 亿元，3 年 CAGR 为 80.62%。营收及毛利的快速增长，表 明国内 FPGA 产业正处于快速发展期。 国内 FPGA 领域，外企营收增速显著低于国内企业。外国企业方面，从 2018 年 至 2021 年，赛灵思中国区以及莱迪思中国区营收增速，三年 CAGR 分别为 15.38%和 8.66%，增速较慢。

国内企业方面，安路科技的芯片销售收入板块，营收从 2018 年的 0.27 亿元增长到 2021 年的 6.42 亿元，三年 CAGR 为 186.89%，增速最快；紫光国微 的特种集成电路板块，营收从 2018 年的 6.16 亿元增长到 2021 年的 33.64 亿元，三 年 CAGR 为 76.14%，增速较为稳定；复旦微电的 FPGA 及其他芯片板块，2019 年及 2020 年，营收增速分别为 0.37%及 31.22%，涨幅较慢，2021 年大幅增长，涨幅为 109.49%， 表明其产品前期市场验证已结束，开始进入大规模放量阶段。

国产化替代正在进行。Frost&Sullivan 数据显示，国内 FPGA 市场从 2018 年的 115.6 亿元增长到 2021 年的 176.8 亿元，3 年 CAGR 为 15.21%。统计国内 3 家 FPGA 相关上市公司相关板块的营收，从 2018 年的 7.98 亿元增长至 2021 年的 44.34 亿元， 3 年 CAGR 为 77.14%。国内企业的 FPGA 相关业务营收增速快于板块的整体增速，表明 FPGA 产品正在进行国产化替代。

国内还有部分未上市 FPGA 设计公司，如成都华微、西安智多晶、广东高云、京 微齐力等，产品工艺制程从 0.22μm 至 28nm 不等，逻辑单元可达 325K，中低端 FPGA 产品较为全面；应用领域包括通信、工控、车载、数据中心等，应用场景覆盖广泛。 各公司也都在积极融资中，表明公司及市场对于未来 FPGA 领域充满信心。

4.重点公司分析

4.1 紫光国微：特种集成电路龙头，智能安全芯片业务稳定发展

特种集成电路：行业龙头，国产化需求迫切紫光国微的特种集成电路业务板块发展良好。特种微处理器和配套芯片组产品持 续推出，应用领域持续扩大；特种 FPGA 产品高速发展，2x 纳米系列产品已逐步成为 主流产品，并占据重要市场地位，新一代产品也在顺利开发过程中；特种存储器产品 技术先进、品种丰富，是国内特种应用领域覆盖最广泛的产品系列，拥有巨大的市场 领先优势；其他如网络总线、接口产品、系统级芯片、模拟产品、数字电源等领域也 在持续研发或扩大市场份额中。 特种集成电路市场持续扩大，国产化需求迫切。公司积极协调资源，保障订单交 付，业绩高速增长。公司在高科技领域不断突破，品牌效应突显，为公司的长远发展 奠定坚实基础。

智能安全芯片业务：覆盖范围广，业务持续稳定发展。公司智能安全芯片业务持续稳定发展。证件类方面，公司第二代居民身份证和电 子旅行证件等稳定供应，相关新应用项目正在积极推进中；电信 SIM 卡方面，公司为 全球电信 SIM 卡芯片市场提供了丰富的产品选型，海外市场份额持续提升；金融支付 安全产品方面，公司在国内银行 IC 卡芯片市场份额进一步提升，同时积极拓展海外 市场；在社保卡市场上，公司积极推进第三代社保卡的工作，在多个项目中取得突破； 此外，公司推出的数字货币芯片及解决方案在试点地区被广泛应用，引领了金融支付 市场的新方向。

技术底蕴深厚，研发持续投入。公司研发底蕴深厚，半导体芯片设计有超过 20 年的技术基础，曾获得国家科技 进步奖一等奖、二等奖，国家技术发明奖二等奖等荣誉。公司持续加大研发投入，研 发费用从 2018 年的 1.29 亿元增长到 2021 年的 6.32 亿元，3 年 CAGR 为 69.76%，为产品升级及新产品的研发提供充分的保障。

4.2 复旦微电：高端 FPGA 供应商，研发投入持续加大

FPGA：产品性能保持国内领先。复旦微电的 FPGA 产品性能保持国内领先，目前已可提供千万门级、亿门级 FPGA 芯片以及嵌入式可编程芯片等系列的产品。产品的应用领域包括网络通信、信息安全、 工业控制等，产品未来发展前景广阔。 当前，公司的新一代基于 14/16nm 工艺制程的 10 亿门级产品开发过程中，28nm 制程的 FPGA 及 PSoC 芯片新的市场也在进一步开拓，以保持公司在国产 FPGA 技术上 的领先优势。

非挥发存储器：种类齐全，应用范围广。公司拥有电可擦除只读存储器（EEPROM）、NOR 型闪存存储器（NOR Flash）和 SLC NAND 型闪存存储器（NAND Flash）等各类存储器产品，具有多种容量、接口和封装 形式。一些 EEPROM 产品已经通过工业级、汽车级考核，知名度、可靠性方面的声誉 在国产品牌中较高；Flash 产品已与高通、博通、联发科、瑞昱、英特尔、英伟达等 众多国内外主流主芯片厂商建立认证或合作关系，可以有效推动产品导入更加广泛的 应用领域。此外，国内智能电表、VR/AR、车载 ADAS 等市场的 Flash 需求未来也有望 大幅增加。

研发队伍庞大，投入持续加大。2021 年年报披露，公司研发人员共 830 人，占公司总人数的 54.21%；研发人员 平均薪酬 52.89 万，较上年同期增长 29.98%，职工薪酬水平较高；研发费用 6.92 万 元，较上年同期增长 40.99%，表明公司高度重视研发投入，未来先进制程产品研发 进度有望提速。

4.3 安路科技：出货量国产品牌排名第一，专用软件自主可控

行业地位高，出货量国产品牌第一名。公司是国内较早开始 FPGA 芯片及专用 EDA 软件研发、设计和销售的企业，已成 为国内领先的 FPGA 芯片设计企业。Frost&Sullivan 数据显示，以出货量统计，2019 年度，安路科技 FPGA 芯片在中国市场排名第四，在国产品牌中排名第一；2020 年度 公司全年的出货量突破 2000 万颗，并且公司部分产品在若干指标上超过同类国外产 品，取得了的市场竞争优势。这些情况表明，公司在国内 FPGA 芯片领域拥有较高的 地位。

自主研发意识强，研发投入比例高。公司自成立之初，即把坚持自主创新作为长期可持续发展的基本方针。公司现自 主开发了硬件系统架构、电路和版图，以及与硬件结构匹配的完整全流程软件工具链、 符合国际工业界标准的芯片测试流程，从而实现了硬件、软件、测试、应用方面关键 技术的掌握。公司现在持续高比例投入研发费用，提高在 FPGA 芯片设计技术、FPGA 专用 EDA 软件技术、FPGA 芯片测试技术和 FPGA 应用解决方案等方面的技术积累，通 过提供多样化的应用参考设计，提高客户研发的效率和产品竞争力。

软硬件核心技术突出。在硬件设计方面，公司是国内首批具有先进制程 FPGA 芯片设计能力的企业之一； 在专用 EDA 软件方面，TangDynasty 软件是国内少数全流程自主开发的 FPGA 专用软 件；在芯片测试方面，公司自主开发的技术可以有效保证产品良率和品质；在芯片应 用方案方面，公司图像处理与人工智能硬件加速技术积累较为丰富。2021 年年报披 露，公司掌握的相关核心技术有 20 项。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）