2023年安路科技研究报告：FPGA国产化龙头，凤凰天地阔，涅槃终有时

1. 安路科技：国产民用 FPGA 龙头，软硬件协同壁垒高企

1.1. 公司介绍：围绕 FPGA 核心技术，打造 FPGA 国产化旗帜

国产 FPGA 芯片及系统解决方案龙头，FPGA 与 FPSoC 软硬件技术全面布 局。安路科技创立于 2011 年，主营业务为 FPGA、FPSoC 芯片和专用 EDA 软件 等产品的研发、设计和销售。公司产品矩阵根据不同性能特点及不同目标市场的 应用需求深度布局——公司的 FPGA 芯片产品形成了由 SALPHOENIX 高性能产 品家族、SALEAGLE高效率产品家族、SALELF低功耗产品家族组成的产品矩阵， FPSoC 产品新推出面向工业和视频接口的低功耗 SALSWIFT 家族，并自主开发 配套 EDA 软件，包括支持 FPGA 开发的 TangDynasty 软件和支持 FPSoC 开发 的 FutureDynasty 软件，为所有基于安路科技 FPGA 产品的应用设计提供有力支 持。公司差异化定位的产品系列及不断丰富的产品型号、应用 IP 及参考设计使公 司能够更好地覆盖下游客户的需求，产品已广泛应用于工业控制、网络通信、消 费电子、数据中心等领域。

公司发展历程大致可分为三个阶段：

第一阶段（2011-2016 年）：公司处于初创时期，自 2014 年起陆续推出 EAGLE 系列和 ELF 系列产品，包含 55nm/65nm/130nm 多种制程，并 同步推出配套 EDA 工具 TangDynasty，产品系列初具雏形。

第二阶段（2017-2020 年）：公司步入快速成长期，导入大客户并逐步 开始放量。公司自 2017 年开始大力拓展直销与经销客户。2019 年，在 国际贸易格局及供应链安全等因素催生的机遇之下，公司成为第一批进入中兴通讯供应链的国产 FPGA 企业之一；2020 年，公司陆续完成汇川 技术、工业富联等知名客户的认证，在工业控制和网络通信市场打开局 面，逐步进入量产爬坡阶段。且公司凭借创新的技术方案和较高的性价 比逐步打开消费类客户市场。2018-2020 年，公司营业收入达到 0.29/1.22/2.81 亿元，同比增速达 329%/130%。 

第三阶段（2020 年-至今）：PHOENIX 系列与 FPSoC 产品为公司营收 打开新空间。（1）公司于 2020 年推出了采用 28nm 工艺的量产芯片， 是国内首批具备 28nm FPGA 芯片设计能力和量产能力的企业之一。截 至 2021H1，基于 28nm 的 PHOENIX 系列在营收中贡献尚且较低。随着 逻辑单元数量高达 400K 的新品成功流片并逐步推进，以及 2022 年三颗 新品的发布（PH1A60、PH1A90、PH1A180），公司 PHOENIX 系列芯 片有望带动公司营收进入新阶段，助力公司业务版图拓展。（2）与此同 时，公司战略拓展系统级 FPGA，着手研发基于 RISC-V 核心的 FPSoC 产品，已于 2022 年推出第一代 SWIFT 系列器件及 FutureDynasty 配套 软件，能够以单芯片实现 FPGA 和 MCU 芯片优势的融合，可广泛应用 于视频处理、消费电子等领域。目前，行业内 FPGA 系统级芯片已经被 大量应用在消费电子、工业控制、无线通信、自动驾驶、电力系统等领 域。未来随着公司持续不断的研发投入与新品推出，FPSoC 产品将打开 广阔的市场空间。

1.2. 股权结构：公司国资背景深厚，核心技术人员兼有软硬件研发背景

公司第一大股东来自中电系，第二大股东为员工持股平台。华大半导体是国 务院直属企业中国电子信息产业集团有限公司控股的子企业，作为公司第一大股 东，直接持有公司 29.11%的股份。公司高级管理人员与核心技术人员均最终通过 员工持股平台上海安芯、上海安路芯间接持有公司股份，上海安芯直接持有公司 20.81%的股份（截至 2022 年报的情况，目前上海安芯持股比例变更为 20.78%）， 上海安路芯直接持有本公司 0.84%的股份（截至 2022 年报的情况）。虽然公司 核心管理层持股比例相对不高，但是第一大股东华大半导体承诺自安路科技上市 之日起五年内，且作为安路科技第一大股东期间内，不谋求控制权。公司的日常 实际经营、业务开展均由公司管理层负责决策并实施。

公司董事及核心技术人员履历深度契合公司各业务条线。公司现有核心技术 人员共 7 名，其中 3 名高管均有过硬的软件从业背景，陈利光（总经理）和谢丁 分别在港湾网络、美满电子有过软件工程师从业经验，黄志军曾在国际顶级 EDA工具设计公司 Synopsys Inc.担任资深主任工程师。公司核心技术人员的软件工程 能力对于 FPGA 公司的专用 EDA 工具研发起到至关重要的作用。此外，公司核 心技术人员的硬件从业背景也十分亮眼，分别在莱迪思（Lattice）、复旦微、英 特尔（Intel）、超威（AMD）、芯原微等行业领先乃至国际顶级的数字 IC 设计公 司任重要职位，其中不乏国际顶级 FPGA 设计公司，也包括国内优秀的 IP 设计公 司芯原微，对于 FPGA 中的 IP 应用开发也具有重要意义。

1.3. 财务分析：研发投入已顺利转化为业绩，公司实现扭亏为盈

公司业绩长期受益于国产替代，2023 年新产品的推广仍有望驱动业绩。 2018-2022 年，公司主营业务收入分别为 0.3/1.2/2.8/6.8/10.4 亿元，同比增长 329%/130%/141%/54%。2019 和 2020 年业绩增速较快，主要由于半导体行业芯 片国产化的发展战略和国内科技企业自主可控的采购战略推动了市场对国产 FPGA 芯片的需求，公司作为国内为数不多且技术领先的 FPGA 芯片厂商受益明 显。在此期间公司不断有新产品推出和国产替代导入，得以持续保持较高增速。 2023H1，公司实现营业收入 4.04 亿元，同比减少 21.68%，主要由于终端市场需 求低迷影响，公司产品整体出货量较上年同期有所下滑，且不少新产品或型号尚 处于导入期。随着新产品的市场拓展与客户导入，公司有望于 2023H2 实现新产 品的规模销售。

公司长期受益于政府补助金额，非经常性损益金额占比较大。2018-2022 年， 公司非经常性损益金额达到 0.4/1.0/0.7/0.3/0.5 亿元，其中，政府补助占比分别达 99%/97%/95%/75%/57%，对公司早期研发投入起到重要的支撑作用。

公司毛利率持续上涨，产品结构的改善起到重要作用。通过与其他 FPGA 公 司对比，安路科技毛利率略低的原因在于：1）海外厂商 Xilinx 和 Lattice 都是行 业内领先的 FPGA 公司，产品矩阵的丰富度以及产品价格方面均有优势，因此整 体毛利率较高；2）复旦微 FPGA 产品主要应用于高可靠等特定领域，毛利率水 平也普遍较高。安路科技的主要优势在于小型 FPGA 产品的市场基础扎实，在工 业控制、LED 等行业出货量较大。在产品推出早期（也即 2018 年），公司产品 结构主要由毛利率偏低的 EAGLE 高性价比系列芯片构成。2019 年度，毛利率较 高的 ELF 低功耗系列芯片产品销量大幅增长，推动了公司主营业务毛利率的提升。 2020 年虽已推出毛利率较高的 PHOENIX 系列，但仍处于市场推广阶段；而随着 2021/2022 年 PHOENIX 产品快速增长，公司毛利率快速提升至 36.24%/39.81%。

公司研发投入较大，2022 年已实现扭亏为盈。公司 2018-2022 年研发费用 分别为0.3/0.8/1.3/2.4/3.3亿元，对应研发费用率达到120%/64%/45%/36%/32%， 与国内外可比公司研发费用率相比均处于第一梯队。海外 FPGA 设计厂商的研发 费用率基本维持在 15-30%区间内，随着安路科技的营收体量不断提升，研发费用 率也逐步回归与可比公司相对一致的水平。盈利方面，2018-2022 年，公司归母 净利润分别为-0.09/0.36/-0.06/-0.31/0.60 亿元，在经历了长期的高研发投入和亏 损阶段后，公司于 2022 年实现了研发投入向盈利的转化，2022 年归母净利润和 扣非净利润同比均实现扭亏为盈。

在研发费用的构成上，公司十分注重与 FPGA 产品使用效果息息相关的专用 EDA 工具的研发。安路科技共有两套自研 EDA 工具——TangDynasty、 FutureDynasty，分别是 FPGA 和 FPSoC 的集成开发环境，其中 FutureDynasty 可以实现 RISC-V 工程的编译与调试，根据其招股书披露数据，2018-2021H1， FPGA 及 FPSoC 软件研发相关投入分别占总研发投入的 25%/30%/26%/19%， 同时兼顾软件与硬件的研发也是公司研发投入较高的原因。

公司存货跟随公司业务规模扩大而相应提高，23H1 末库存情况略有好转。 2021/2022/2023Q1 末，公司存货水平分别达到 2.68/5.61/6.88 亿元，对应存货周 转天数依次提升至 153/238/478 天。从 2022 年末存货账面余额结构来看，库存 商品 2.94 亿元（占比 51.2%），在存货中占据较大的比重；从存货减值计提结构 来看，库存商品减值准备 1309 万元（占比 99.2%）。公司存货水平整体上受到 2022 年下游景气度的影响，与行业普遍情况较为一致。2023Q1-Q3，为保证供应 链稳定，公司进一步提升了库存。 公司应收账款质量较高，回款速度持续提升。2018 年以来，公司持续加强应 收账款管理和催收力度，使得应收账款回收速度加快。从应收账款账龄来看，3 个月以内（含 3 个月）账龄的应收款项占比逐年提升，2022 年占比已达到 98.8%。

2. FPGA：灵活普适的“万能”芯片，国产替代未来可期

2.1. 器件特点：硬件可编程为底，性能均衡适应多应用场景

FPGA（Field Programmable Gate Array）又称现场可编程门阵列，是在 硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路，用户在使用过程中可以通过 软件重新配置芯片内部的资源实现不同功能。通俗意义上讲，FPGA 芯片类似于 集成电路中的积木，用户可根据各自的需求和想法，将其拼搭成不同的功能、特 性的电路结构，以满足不同场景的应用需求。鉴于上述特性，FPGA 芯片又被称 作“万能”芯片。

FPGA 芯片属于逻辑芯片大类，未来向系统级趋势发展。逻辑芯片按功能可 分为四大类芯片：通用处理器芯片（包含中央处理芯片 CPU、图形处理芯片 GPU， 数字信号处理芯片 DSP 等）、存储器芯片（Memory）、专用集成电路芯片（ASIC） 和现场可编程逻辑阵列芯片（FPGA）。FPGA 自 Xilinx 公司 1985 年发明以来， 在硬件架构上从 PROM 阶段（简单的数字逻辑）到 PAL/GAL 阶段（“与”&“或” 阵列）再到 CPLD/FPGA 阶段（超大规模电路），到如今 FPGA 与 ASIC 技术融 合、向系统级发展的 SoC FPGA/eFPGA 阶段。硬件水平整体趋向更大规模、更 高灵活性、更优性能。

相较于其他逻辑芯片而言，FPGA 在灵活性、性能、功耗、成本之间具有较 好的平衡（据润和软件）：

（1）相较于 GPU，FPGA 在功耗和灵活性等方面具备优势。一方面，由于 GPU 采用大量的处理单元并且大量访问片外存储 SDRAM，其计算峰值更高，同 时功耗也较高，FPGA 的平均功耗（10W）远低于 GPU 的平均功耗（200W）， 可有效改善散热问题；另一方面，GPU 在设计完成后无法改动硬件资源，而 FPGA 根据特定应用对硬件进行编程，更具灵活性。机器学习使用多条指令平行处理单 一数据，FPGA 的定制化能力更能满足精确度较低、分散、非常规深度神经网络 计算需求。

（2）相较于 ASIC 芯片，FPGA 在项目初期具备短周期、高性价比的优势。 ASIC 需从标准单元进行设计，当芯片的功能及性能需求发生变化时或者工艺进步 时，ASIC 需重新投片，由此带来较高的沉没成本以及较长的开发周期；而 FPGA 具有编程、除错、再编程和重复操作等优点，可实现芯片功能重新配置，因此早 期 FPGA 常作为定制化 ASIC 领域的半定制电路出现，被业内认为是构建原型和 开发设计的较快推进的路径之一。

2.2. 市场空间：FPGA 市场空间超行业预期，打开未来想象空间

数据中心驱动力显现，FPGA 未来市场空间仍然广阔。2022 年 FPGA 行业 受益于数据中心行业发展的驱动，市场规模迎来爆发式增长，同比增速接近 30%， 远高于 Frost&Sullivan 曾经的预测数据 15.7%。由于该统计数据仅截至 2019 年， 因此我们对 FPGA 市场规模进行重新测算。我们对全球主流 FPGA 芯片公司的收 入数据进行不完全统计，由于 FPGA 市场集中度高（2019 年全球 FPGA 按出货 量口径市场份额 CR4 达到 94.4%）。 长期来看，根据 FPGA 龙头厂商 Intel（Altera）于 2023 年年中给出的市场 预测，2023 年市场增长预计将超过 16%，未来 5 年的增长势头向好，预计将继 续保持 10%以上的复合年均增长率。由 AI 行情引发的大模型热潮仍将持续推动 AI 服务器对于算力部署的需求，FPGA 有望依托于高灵活性、低功耗等特征持续 受益于 AI 服务器市场的增长。

2.3. 竞争格局：AMD、Intel 双寡头主导市场，中端市场国产化机遇显现

全球市场竞争格局稳定，国际龙头占据绝对市场份额。根据 Frost&Sullivan 数据，2019 年全球前四大 FPGA 厂商合计占据 94.4%的市场份额，其中，AMD （Xilinx）、Intel（Altera）分别占据 51.7%、33.7%的绝对份额，具有难以撼动 的市场地位。

中国市场竞争格局主要呈现两大特点：（1）国产 FPGA 厂商开始崛起。近 年来，随着国产替代趋势渐渐进入 FPGA 市场，国产 FPGA 厂商已占有一席之地。 据我们测算，主要国产 FPGA 设计公司合计营业收入自 2018 年的 2 亿元增长至 2022 年的 33 亿元，2022 年全球市占率已超过 5%（按本文 2.2 测算口径），国 产化进程大步推进。（2）国际龙头厂商在中国市场的占有率略低于全球市场（出 货量口径）。2019 年，AMD（Xilinx）、Intel（Altera）在中国市场的份额为 36.6%/25.3% （出货量口径），低于其在全球市场 51.7%/33.7%的份额。

从供给侧看：国际龙头对中端 FPGA 投入放缓，中端市场迎来机遇。2022 年 9 月，AMD 宣布 Xilinx 7 系列产品的生命周期将至少延长至 2035 年，这意味 着在中端 FPGA 领域，AMD 的战略是维持旧有市场，而非增加投入。这为原本在 低端市场发展的 FPGA 厂商带来机遇。

从需求侧看：中国 FPGA 市场目前以容量<500K、制程在 28-90nm 的产品 为主，中低端市场空间更为广阔。根据 Frost&Sullivan 数据，（1）按逻辑单元拆 分，目前 100K 以下逻辑单元的 FPGA 芯片仍是市场需求量最大的部分，其次为 100K-500K 逻辑单元部分。500K 以下逻辑单元的 FPGA 芯片合计占有 69.9%的 市场份额（2019 年中国市场，销售额口径）。（2）按制程拆分，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依然占据了市场中 63.3%的份额（2019 年中国市场，销售额口径）。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。

2.4. 国产替代逻辑：锚定逻辑单元逐级替代，新料号推出拓展新市场

公司目前主要立足于国内市场，行业国产替代趋势为公司业绩增长贡献重要 驱动力。公司 2018-2022 年主营业务境内销售收入占公司当期主营业务收入的比 例分别为 81%、86%、74%、90%、95%。其中，公司境外销售地区全部为香港 特别行政区，境外客户均为经销商位于香港的贸易平台。我们测算 2022 年中国 市场 FPGA 国产化率约为 15.9%（假设为：国产 FPGA 设计公司主要面向中国市 场销售；按 Frost&Sullivan 预测口径；未考虑规模相对较小的国产非上市公司）， 国产替代进程尚处于早期阶段，诸多高端应用领域仍掣肘于国际巨头。

通过将产品线与营收体量对比来看，先进制程对 FPGA 厂商营收带动明显。 复旦微进入市场较早，2018 年其 FPGA 营收显著高于安路科技、紫光同创。随着 2020 年安路科技与紫光同创相继推出 28nm 新制程产品，营收体量快速成长， 2019-2022 年营收 CAGR 分别达到 104%、145%，略快于复旦微 71%的 CAGR 增速。我们预计，随着国产 FPGA 公司新料号的逐步推出，国产替代的可触达空 间有望不断提升，国产化推进有望迎来可观增量。

FPGA 国产替代路线梳理： 我们根据 AMD（Xilinx）的官网信息对其 FPGA 及自适应 SoC 产品进行梳 理。根据参考安路科技招股书问询函回复中的描述，我们大致将 FPGA 芯片按逻 辑单元数量划分产品定位：将逻辑单元数在100K及以下的产品定位为低端产品， 将 100K-600K 的产品定位为中端产品，将 600K 及以上的产品定位为高端产品。 通过梳理可以看出，国际龙头厂商产品矩阵完整性高，覆盖面广。经过数十 年的发展，已形成全面覆盖从数十 K 至数千 K 个逻辑单元量级、从低端到高端的 全系列产品线，已可对工业控制、网络通信、消费电子、数据中心、汽车电子、 人工智能等主要下游领域形成全面覆盖。

从国产替代的急迫性上看，FPGA 在工业领域面对的主要下游应用是伺服电 机。在通信应用中，FPGA 则直接面向基站、雷达、卫星等关乎国计民生甚至国 防安全的领域，具有重要的战略意义。FPGA 在数据中心、AI 领域更是重要的计 算芯片类别，可以作为异构计算的关键一环，起到加速计算的作用。以上几个领 域几乎占据了中国 FPGA 市场接近 90%的份额（2019 年，Frost&Sullivan 数据）， FPGA 的自主可控需求可以得见。

国产 FPGA 芯片公司竞争格局： 国产 FPGA 公司目前主要有 10 家左右，按公司成立时间顺序依次为：复旦 微电子（1998）、成都华微电子（2000）、紫光国微（2001）、安路科技（2011）、 西安智多晶（2012）、紫光同创（2013）、高云半导体（2014）、上海遨格芯（2015）、 京微齐力（2017）、中科亿海微（2017）。其中，紫光同创为紫光国微子公司， 二者业务不尽相同。 在民用市场中，紫光同创和安路科技是国内领先的 FPGA 芯片设计公司。 2020 年，二者相继到达 28nm 制程，从低端 FPGA 顺利过渡到中端 FPGA 市场。 在这一竞争阶段（100K 产品），安路科技在 SERDES 速率上相对占优，PHOENIX1 系列的 127K 产品速率达到 16Gbps，高于紫光同创 Logos-2 系列的 6.6Gbps。 紫光同创随即于 2021 年推出 Titan-2 系列 72K-160K 产品，SERDES 速率也能达 到 13Gbps，接近于安路科技的水平。随后进入下一竞争阶段（400K 产品），紫 光同创率先于 2022 年推出 Titan-2 系列 390K 产品，并推向市场。安路科技的 400K 产品截至招股书发布（2021 年 11 月 9 日）时已成功流片，近期也有 PH1A400 产品于 2023 慕尼黑上海电子展展出；据招股书披露，600K 产品以及下一代 PHOENIX2 系列已在研发过程中。

除紫光同创和安路科技以外，高云半导体也是 FPGA 领域颇具亮点的非上市 公司。作为国内第一家大规模出货车规 FPGA 芯片的原厂，公司的车规方案目前 已在市场上数十款汽车上使用，截至 2021 年 9 月/2022 年 4 月，公司 FPGA 产 品在汽车电子市场累计出货量已分别突破 100/200 万片。 在特种集成电路市场中，复旦微电、成都华微、紫光国微均为成立时间较为 久远的公司，在产品技术方面同处于国内特种领域领先地位。其中，复旦微电、 成都华微均有推出基于 28nm 的 700K 产品。

3. 工业控制领域：面向多细分领域，硬件算法优势尽显

3.1. 工业自动化：FPGA 是伺服系统中的核心零部件

工业自动化的应用核心是各类工业自动化控制设备和系统，其产品从功能上 可以划分为控制层、驱动层和执行传感层。FPGA 器件是 PLC 和伺服驱动器的核 心部件。在 PLC 中 FPGA 作为控制核心，负责 IO 管理和总线通信功能；在伺服 驱动器，FPGA 负责快速运动控制算法和总线通信功能。

PLC（Programmable Logic Controller，可编程控制器）处于运动控制 的最上层（控制层），是设备自动化/产线自动化及流程工业的“大脑”， 可通过数字或模拟输入/输出，控制各类机械或生产过程。

伺服系统（Servo System）是使物体的位置、方位、状态等输出量，随 着输入量的任意变化而变化的自动控制系统，是工业自动化的关键零部 件，是实现精准定位、精准运动的必要途径。伺服系统主要由伺服驱动 器（驱动层）、伺服电机和编码器（执行传感层）组成，编码器通常嵌 入于伺服电机。

芯片（CPU 类 / FPGA 类）和伺服系统的对应关系

1、PLC

PLC 往往以 CPU 作为控制核心，FPGA的方案相对较少。PLC 一般由 CPU、 电源、输入电路、输出电路、存储器和通信接口电路组成。随着技术的进步和完 善，运动控制器从以单片机、微处理器或专用芯片作为核心处理器，发展到以 DSP 和 FPGA 作为核心处理器的通用开放式运动控制器。通过我们对 PLC 厂商汇川技 术以及禾川科技产品系列的统计来看，目前 PLC 产品的主流方案大多以 CPU 为 控制核心。

PLC 向“积木化”控制的趋势发展，更多先进的控制技术对 FPGA 提出应用 需求。随着中国智能制造的推进以及下游厂家的生产智能化、个性化及柔性化要 求日趋提高，运动控制技术向高速响应、网络化、集成化的方向发展，并且由原 有的单体控制方式向“积木化”控制技术发展。其中，单体脉冲控制技术所需的 高速高精控制技术、多段插补技术、高速锁存技术均存在对 FPGA 的应用需求。 FPGA 未来有望在 PLC 市场取得更多的应用渗透。

2、伺服驱动器

FPGA 在伺服驱动器中的应用较为广泛。在伺服驱动器中主要有功率板和控 制板两大结构。其中，控制板部分是整个系统的控制核心，它通过相应的算法输 出脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM）信号，作为驱动电路的驱动信 号，来改变逆变器的输出功率，以达到控制交流伺服电机的目的。在 Xilinx 公司、 Lattice 公司（FPGA 公司）的多轴马达控制系统中，控制板（Control Board）由 ARM/DSP 和 FPGA 共同组成；在汇川技术（伺服驱动器公司）官网的产品介绍 中，其伺服驱动器产品也包含 MCU 和 FPGA 两类芯片。 伺服驱动器包括单轴和多轴两种类型，因此在用量方面，FPGA 与伺服电机 存在 1 对 1 或者 1 对多的关系。通过统计汇川技术的伺服驱动产品，MCU+FPGA 的芯片组合广泛应用于单轴/多轴伺服系统中。相较传统的只能控制单一马达的专 用芯片，FPGA 芯片可以做到多通道的马达控制，在工控领域的应用中更具优势。

FPGA 在工控领域中的优势

优势#1：算法硬件化+可编程，灵活适配各类算法，节省计算资源与时间

电机有控制电机与非控制电机之分，非控制电机侧重电机在启动和运行过程 中的力能指标，控制电机更侧重扭矩、转速、位置输出特性，而此三种特性分别 由伺服系统的三个控制环路——电流环/速度环/位置环来实现。

其中，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时，系统实际也在进行 电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。随着工业自动化程度加深， 新的工业控制系统不断优化控制算法，对于节省计算资源和时间消耗提出了更高 的要求。

工业控制的算法实现，大致有两类技术路径，分别是 MCU/DSP 的软件平台路径和 FPGA 的硬件算法实现路径。 DSP 的优势在于技术和开发工具的成熟性以及相对较低的价格，但在实现控 制算法的加速时会有技术方面的限制，且存在耗时更长的问题。更好的算法加速 方式是采用与算法要求相匹配的特定硬件体系结构，以显著减少控制算法的执行 时间。（a）是串行且复杂的算法，适合在通用处理器上实现；（b） 是并行性和规律性较强的算法，适合基于 FPGA 来实现。工业控制领域的算法大 多处于中等复杂性区间，也存在并行计算的可能性，因此，目前业界多采用通用 处理器与 FPGA 相结合的方案。

但在某些对性能有严格要求的应用领域，也会采用纯硬件 FPGA 架构，FPGA 可以充分发挥可编程性，以构建符合目标应用要求的特定硬件架构。

优势#2：电机驱动系统电力消耗严重，FPGA 有助于提升能效

目前驱动马达所消耗的电力占据了全球能源消耗的很大部分， 根据 DIGITIMES 数据，电机驱动系统电力消耗在工业用电中约占 45%。针对于驱动电 机的能耗问题，各国解决方向大多针对电机效率问题着手，积极推动置换高效率 电机，但若从驱动电机及控制系统的角度改善电机能耗，往往能够达到数倍的提 升。现代工业领域对伺服系统的控制算法和控制精度要求日益增高，而 FPGA 由 于其功能强、速度快、灵活性大、设计周期短等特性被广泛应用到工业伺服领域。 在节能环保的趋势下，未来各类能够精准控制马达并可以在单一芯片上实现控制 多个马达的 FPGA 芯片将在工业控制领域得到更多应用。

优势#3：分散领域的定制化需求，FPGA 的商业合理性

工业下游较为分散，存在定制化需求，FPGA 可以为用户提供较强的灵活性。 工业控制设备面向的下游领域包括 3C 电子、光伏、锂电池、纺织、物流、机器 人等等，各行各业对工业控制产品的要求存在差异化。FPGA 可以帮助用户，根 据自己的实际需要进行功能配置，具有使用灵活性、产品开发周期、系统扩展性、 并行运算加速等方面的优势。

3.1.1. 市场空间：下游国产化率不断提升，为核心零部件国产替代孕育土壤

中国伺服电机市场规模保持增长趋势，预计 2023 年将达到 195 亿元。受到 下游工业机器人、电子制造设备等产业扩张的影响，伺服电机在新兴产业应用规 模也不断增长。2022 年中国伺服电机市场规模达 181 亿元，预计 2023 年市场规 模将增长 8%至 195 亿元。分领域来看，下游行业占比格局较为稳定，2011 年至 2020 年各下游行业占比变化较小。中国伺服电机下游应用主要集中在机床，2020 年占比为 20.4%。其次分别为电子制造设备、包装机械、纺织机械、机器人、塑 料机械、医疗机械及食品机械，2020 年占比分别为 16.5%、12.6%、12.1%、8.7%、 8.2%、3.6%及 2.3%。

驱动力#1：工业机器人市场快速增长，未来提升空间较大

核心零部件直接决定了工业机器人的性能、可靠性和负荷能力，对机器人整 机起着至关重要的作用。伺服系统（伺服电机和伺服驱动）作为核心零部件之一， 在高速、高精度、高可靠方面具有严格的要求，也占据了机器人价值量中的较大 份额。Interact Analysis 研究显示，从市场规模来看，2022 年工业机器人的核心 “三大件”，即伺服电机、伺服驱动和减速器合计占工业机器人整体销售额的 35%，其中减速器份额占比最高，达到 14%，伺服电机和驱动占比分别为 11%、10%。 控制器作为每台工业机器人必备的“大脑”，市场规模也达到了工业机器人销售 额的 8%。另外，机器视觉（硬件部分）在 Delta 和 SCARA 类机器人本体销售额 中占比也分别达到 14%和 13%，在拾取和小件分拣场景中有重要应用。 中国工业机器人的广阔市场为国产核心零部件提供发展空间。国内工业机器 人密度指标较发达国家仍有较大提升空间，同比增速较快。根据 MIR 睿工业， 2012-2022 年中国工业机器人的销量从 2.72 万台增长至 28.2 万台，年均复合增 速达 26%。国产替代显著加速，国产龙头机器人厂商发展势头良好。根据 MIR 睿 工业，2017-2022 年中国工业机器人国产化率由 24.2%提升至 35.7%。

驱动力#2：数控机床等关键领域国产化&数控化渗透率仍有较大提升空间

国产化和数控化是国家 2025 年的明确发展目标，也是国产 FPGA 打入市场 的关键机遇。数控机床是装备制造的工业母机，机床产业的技术水平、加工效率、 精准程度及长期稳定可靠工作对一个国家制造业至关重要。根据固高科技招股书 援引前瞻研究院资料，2018 年我国低档数控机床国产化率约 82％，中档数控机 床国产化率约 65％，高档数控机床国产化率仅约 6％。加强自主可控供给能力是 我国智能制造发展的重点任务。《“十四五”智能制造发展规划》明确提出，到 2025 年，我国的供给能力明显增强，智能制造装备和工业软件技术水平和市场竞 争力显著提升，国内市场满足率要分别超过 70%和 50%。关键工序数控化率指标 为《中国制造 2025》对于实现制造强国“三步走”的战略目标，力求实现到 2020/2025 年，关键工序数控化率分别达到 50%/64%。

近年来中国伺服系统市场国产化率迅速提升，汇川技术已成为通用伺服市占 率第一。根据禾川科技公告援引 MIR 睿工业的数据，2020 年我国通用伺服市场 中，日韩品牌占据约 51%的市场份额，国产品牌占据约 30%份额，欧美品牌占据 约 19%份额；2022 年，国产品牌市场份额提升至 50%，日韩/欧美品牌分别占据 约 30%/20%的市场份额。汇川技术作为中国通用伺服市场龙头，2021 年在中国 通用伺服系统市场份额达到 16.3%，首次超越外资品牌，获得市场份额第一名； 2022 年保持市占率第一，并将市场份额提升至 22.41%。在下游行业国产化率提 升的大背景下，汇川技术充分享受国产行业龙头的品牌红利，未来有望持续受益 于国产化率提升。

国产替代趋势之下，供应链自主可控需求已提上日程。在国际关系不断变化 的当下，工业控制公司对核心关键原材料自主可控的需求日益上升。如禾川科技 分别在 2020 年和 2021 年在处理器、隔离器件、电源管理器件和逻辑器件、存储 器等领域逐步开始向境内供应商采购；如雷赛智能也考虑若国内产品的良率、使 用寿命期限内的性能稳定性达到国外竞品水准，会逐步将成熟国产替代产品引入 其供应链。

3.1.2. 公司竞争力：28nm 工控产品媲美国际龙头，23H2 放量可期

公司 FPGA 工业伺服系统解决方案相对成熟完善，充分发挥 FPGA 器件的竞 争优势。在安路科技 FPGA 的工控伺服系统中，FPGA 作为协处理器，主要实现 电流环算法、电机驱动、编码器、调制器等功能，配合 CPU/DSP 实现对整个伺 服系统的精确控制。客户可以根据应用需求选择不同容量的 FPGA 芯片，扩展多 轴的应用、支持工业以太网、适应更为复杂的系统。方案优势包括：（1）硬件电 流环：FPGA 逻辑实现电流环算法，高性能、高精度；（2）扩展性强：丰富的逻 辑资源，方便客户进行多轴方案开发；（3）工业以太网：可以支持工业以太网，适应大型化、系统化的需求。 公司在工业领域长期布局，23H2 有望迎来新品放量。公司于 2016 年切入工 业市场。2017 年，公司推出 ELF2 系列芯片，可广泛应用于伺服驱动、工业控制 等多个领域。2020 年，公司取得工控头部客户汇川技术认证，在工业控制 FPGA 市场中取得重大进展，同年公司工业控制领域实现营业收入 0.44 亿元，同比增长 76%。目前，公司在伺服驱动领域主要提供两款 FPGA 器件，分别为 EAGLE4 系 列中的 EG4X20，以及 PH1A 系列中的 PH1A60（2022 年底推出），其中 PH1A 系列新产品正在客户推广过程中，有望在 23H2 实现规模销售。

公司 PHOENIX 系列主要产品 PH1A100 与 AMD（Xilinx）的 Artix-7 系列主 要产品具备相当的逻辑单元数量（等效 LUT 数量），各项指标几乎与国际厂商的 同类产品相当。在该料号的对比方面，安路科技几乎具备媲美国际厂商的硬件实 力。

通过与 AMD（Xilinx）的 FPGA 及自适应 SoC 产品 对比发现，公司在工控领域仍有较大国产替代空间。（1）在 FPGA 产品中，ARTIX 系列是工业领域相对先进的产品系列，包含 ARTIX UltraScale+的 16nm 平台和 ARTIX7 的 28nm 平台，公司在 28nm 系列中已实现了与 AMD（Xilinx）相当的硬 件水平。（2）在 SoC 产品中，ZYNQ 7000 SoC 的 28nm 产品是面向多轴马达 控制、机器视觉、可编程逻辑控制器（PLC）等工业控制主流应用的产品。公司 在 FPSoC 产品方面尚处于早期阶段，目前已有的 SWIFT1 系列产品主要应用于 视频处理、消费电子等领域。 随着公司持续向更先进制程 FPGA 产品投入研发，以及大力拓展 FPSoC 产 品的料号丰富度，不断导入新应用，我们认为公司在工业控制领域仍有广阔的提 升空间。

3.2. LED 显示控制：FPGA 硬件编程助力 LED 提升显示质量

FPGA 芯片的优势使其在 LED 显示屏领域得到了广泛的应用。LED 显示控 制系统属于 LED 屏幕显示的核心组件，是一个融合计算机控制技术、视频技术、 光电子技术、通信技术的综合系统。20 世纪 90 年代，ASIC 和大规模集成电路开 始应用于视频处理设备中，融合了 DSP 和 FPGA 的应用，在功能上包含了数据 预处理、数据缓存和数据的逻辑控制，在很大程度上改变了传统视频处理技术中 处理速度慢的缺点，也使 DSP 和 FPGA 成为了该技术领域的主流芯片。当前主 流的 LED 显示屏控制系统多以 FPGA 芯片或 FPGA 芯片结合其他芯片做为主控 芯片。该类控制产品被广泛应用于庆典活动、竞技赛事、会议活动、展览展示、 监控调度、电视演播、演艺舞台、商业广告、信息发布、创意显示、智慧城市、 虚拟拍摄等下游应用领域。

4K/8K 大屏的出现对 LED 显示控制系统的传输带宽提出更高要求。从早期的 2K 到正在普及的 4K，再到受益于小间距而得以实现的 8K 大屏，显示屏分辨率不 断扩大（意味着 LED 显示控制系统需要控制的像素点更多），对 LED 显示控制 系统的带载能力和传输带宽提出了更高的要求。另一方面，大屏化也逐渐催生高 清化需求。随着显示屏像素密度的不断提升，人眼对于显示屏画质的要求也变得 更高，对 LED 显示控制系统精准控制好每一颗像素的发光亮度和色彩提出了新的 挑战。 传统的单片机方案已经无法适应 LED 显示屏日益增长的性能需求，FPGA 则 能够在该领域发挥出诸多优势。FPGA 芯片的现场可编程特性可满足大型 LED 显 示屏系统显示数据格式转换的需求，以满足各种形状和规格显示屏的定制，也可 满足其需要进行亮度、对比度、灰度级等参数灵活调节的需求，使 LED 显示屏得 到更加细腻的显示画面，加之 FPGA 具有处理速度高、可靠性高、高容量和集成 度高等优势，近年来逐渐成为 LED 显示控制的主流方案。

对于 FPGA 的下游（LED 显示控制系统厂商）而言，基于 FPGA 的硬件编 程能力是其核心壁垒之一。如诺瓦星云招股书披露，公司核心技术在生产工艺流 程中主要体现在程序烧录环节，其中包括“高精度全灰阶亮色度校正技术”、“微 小间距 LED 显示屏画质引擎技术”等等诸多核心技术构筑产品竞争力。如卡莱特 专门成立硬件部，负责 LED 显示控制系统 FPGA 程序开发和视频处理器 FPGA 程序开发。

3.2.1. 市场空间：LED 显示屏市场复苏，带动行业回归良性发展

疫情过后需求逐渐释放，LED 显示屏亟待复苏。根据高工咨询，国内因前期 受到疫情影响，需求暂时被延迟释放，今年国内市场的需求正在逐渐释放出来。 TrendForce 给出乐观预期，2023 年国内 LED 显示屏市场将会有所反弹，有望带 动 LED 显示屏芯片的规模成长。LED 细分市场来看：（1）虚拟拍摄、影院屏、 裸眼 3D、体育赛事屏等细分市场仍将高增长态势。高工咨询预计，虚拟拍摄、影 院屏等细分市场，未来三年依旧将保持二位数以上的高增长。（2）小间距 LED 显示渗透率还不足五成，后续市场空间极为广阔。根据 DISCIEN，小间距 LED 显示 2021-2025 年复合增长率有望达到 20%。

从 2022 年的大幅降价到 2023H1 市场复苏，行业逐渐回归良性循环。根据 高工 LED 调研情况，2022 年价格最低时同样规格的小间距 LED 显示屏比 2022 年初价格跌了差不多 30%。而通过 22H2 开始的各大显示屏厂商减产，以及 23H1 以来尤其是五六月份，LED 显示屏需求有明显的复苏迹象，至 2023 年中，各大 显示屏厂商和渠道端的库存清理已基本恢复到正常水位，为显示屏企业的调价奠 定了基础。

3.2.2. 公司竞争力：国产替代风口已至，安路科技崭露头角

下游头部厂商卡莱特积极引入安路科技作为 FPGA 供应商，近年来其供应链 分散化程度逐步加深。卡莱特主要通过博科供应链进口采购芯片，2019-2022H1 对其采购金额占采购总额的比重分别为 50.59%、43.13%、47.04%和 40.13%。 卡莱特为保障原材料供应的稳定和安全，部分种类芯片引入其他进口品牌或国产 品牌作为补充。例如公司主要采购 Lattice 品牌的 FPGA 芯片，2019-2022H1 期 间增加向 AMD（Xilinx）和 Intel（Altera）等其他进口品牌以及安路科技等国产品 牌的采购。在下游工控领域以及芯片行业的国产替代大潮中，安路科技有望持续 受益。

4. 网络通信领域：FPGA 的主战场，国产替代重要驱动力

4.1. 无线通信：FPGA 是通信基础设施部署的重要环节

在无线通信领域，FPGA 芯片具有广泛的应用场景。（1）FPGA 芯片被应用 在无线通信基站和射频处理单元的多种电路板中，以实现通信协议的各种功能和 未来升级需求；（2）集成 CPU 的现场可编程系统级芯片产品被应用在室外微基 站、室内微基站等无线网络通信中，以单芯片完成商业、住宅、工厂区域的多模 覆盖、网络容量增加、人工智能计算等多样性功能需求。

根据 TI 参考设计，基带单元（BBU）中固定会使用到一颗 FPGA 芯片，而在 宏基站的 BBU、AAS、RRU 中、小型蜂窝基站中、以及室内回程中均有部分芯 片可选用 FPGA/ASIC。

FPGA 在通信领域中的优势

优势：通信行业迭代升级需要FPGA 提供灵活性和更强的处理性能

5G 应用场景多元化，5G 移动网络形态随之产生多元化部署。5G 时代是万 物互联的时代，也是新应用场景层出不穷的时代（如智能驾驶、VR/AR、智慧城 市、工业自动化等）。不同场景对于网络的特性要求（网速、时延、连接数、能 耗等）会有所不同，有的甚至是矛盾的。所以把网络拆开、细化，可以更灵活地 应对场景需求，也即产生了 5G 网络切片的概念。 为满足不同场景的需要，5G 接入网架构不断革新。5G 基站的 BBU 单元拆 分为 CU/DU 两类细分单元，由此 5G 基站设备的整体架构由 BBU+AAU/RRU 的 2 层架构，逐步向 CU+DU+AAU/RRU 的 3 层架构（5G 时代的产物）转变。 CU：原 BBU 的非实时部分将分割出来，重新定义为 CU，负责处理非实 时协议和服务。 AAU：BBU 的部分物理层处理功能与原 RRU 及无源天线合并为 AAU。 DU：BBU 的剩余功能重新定义为 DU，负责处理物理层协议和实时服务。

FPGA 芯片得到大规模运用主要是由于其具有高度的灵活性、极强的实时处 理和并行处理能力，大大加强了通信设备的处理能力。一方面，新技术推广初期， 各设备厂家为了抢占产品和技术的制高点，在标准还未冻结之前就推出原型样机 或小批量生产，只有通过可灵活编程的 FPGA 才能实现。另一方面，5G 通信的 MIMO 天线阵列和波束成形技术的出现，需要大量信号并行处理，FPGA 是解决 这类需求的最理想的解决方案。同时，无线通信系统中许多功能模块都需要大量 的滤波运算，这些滤波函数往往需要大量的乘和累加操作。FPGA 芯片内在的分 布式逻辑和运算单元结构使其可以较容易地实现分布式的算法结构，使其可以实 现通信过程中大量的高速数字信号处理功能。

4.2. 市场空间：5G 宏基站建设预期趋缓，小基站有望成为新增长点

5G 基站覆盖范围小，导致基站需求大幅增加。在无线通信中，根据电磁波的 传播特性，电磁波频率与传输距离成反比，电磁波频率越高，越容易在传播介质 中衰减，基站覆盖距离越短。4G 基站的数量较 3G 基站数量有较大增幅，5G 的 频段在 2.6GHz 以上，比 4G 的频率更高，随着频段上升，要达到与 4G 网络同样 的覆盖范围，5G 基站的密度必然会大幅增加，超密集组网也成为了 5G 的关键技 术之一，基站的需求量将会大幅度增加。根据中国联通网络技术研究员预测，5G 宏基站的需求量约是 4G 基站的 1.5 倍，2021 年末 4G 基站的数量为 590 万站， 据此测算，到 5G 基站建设基本覆盖全国时，5G 基站至少需要 885 万站，即使考虑到共建共享的因素，5G 基站也将迎来广阔的市场空间。

政策端，以“十四五”基站建设目标测算，未来三年宏基站建设速度预期趋 缓。《“十四五”信息通信行业发展规划》明确给出“十四五”时期 5G 基站建 设目标，即到 2025 年，每万人拥有 26 个 5G 基站。根据国家统计局 2022 年末 人口数 141,175 万人估算，到 2025 年，全国 5G 基站需求量为 367 万个。

小基站可以较好满足补盲需求，有望成为未来基站建设的增长点。5G 频段整 体高于 4G，5G 宏基站信号覆盖力低于 4G 宏基站，室外广域覆盖容易有盲点， 使用小基站进行室外补盲需求更为突出。同时 5G 时代 70%新业务发生在室内， 现有 DAS（Distributed Antenna System，室内分布式天线系统）难以继续沿用， 4G 的器件无法支持 5G 频段及 4T4R 的 MIMO 技术，难以顺利向 5G 演进，小基 站能够有效弥补 5G 宏站部署广度、深度不足问题。5G 将在未来采用“宏站+小 站”组合覆盖模式，因而宏基站大规模建设后就是小基站的铺广建设，小基站大 范围建设规模达到巅峰会稍慢于宏基站。

全球小基站市场有望在 2024 年达到快速增长期。根据艾媒咨询，2026 年全 球将累计部署 4900 万个小基站射频点，其中中国和东南亚地区累计部署的小基 站数量将占全球总量的 36%。全球 5G 小基站的出货量有望从 2021 年开始持续 放量，至 2024 年增速超过 33%，2026 年出货量预计达到 6000 万个。

中国三大运营商的 5G 小基站建设也自 2022 年开始正式拉开商用化序幕，国 产化势在必行。早在 2020 年，三家运营商及多家产业生态厂商便联合发起了无 线云网络多样化生态行动计划，促进并加速 5G 小站生态丰富。2022 年，中国移 动完成了 5G 扩展型皮基站招标，中国电信和中国联通也分别以自研采购或公开 采购的方式商用扩展型皮基站设备。目前，5G 室外基站建设已基本实现广域覆盖， 后续运营商将重点聚焦 5G 室内网络建设新赛道。根据通信产业网，中国 5G 小基 站的出货量到 2024 年有望增至 280 万台。

中国移动 2022-2023 年扩展型皮站设备集采金额接近 13 亿元。预估采 购规模约为2万站，其中单模扩展型皮站7500站，双模扩展型皮站12500 站。中标厂商包括京信、中信科移动、赛特斯、锐捷、新华三等。

中国电信 5G 小基站的代工集采也包含两部分：（1）远端单元及扩展型 基带单元、扩展单元标包：预估采购数量为远端单元 72000 台、基带单 元 1350 台、扩展单元 4050 台；（2）前传开放基带单元及扩展单元标 包：预估采购数量为基带单元 900 台、扩展单元 3600 台。2023 年 2 月， 中国电信研究院对外披露，由中国电信研发的 5G 扩展型小基站国产化 pRRU 已经研发成功，芯片和器件国产化率达到 100%。

中国联通研究院也于 2022 年正式发布了首款高国产化率毫米波室内分 布式微基站，这款高国产化率室内分布式微基站由中国联通与紫金山实 验室、中航国际联合研发。

目前典型的 5G 小基站设计方案主要分为三种：（1）X86+FPGA 方案，以 Intel（Altera）为主要代表的厂商，其方案成熟，未来将向 FlexRan、云化、容器 化演进。（2）ARM+DSP 方案，以 NXP 为主要代表的厂商，其产品具备低成本 和低功耗的优势。（3）ASIC 芯片方案，以高通为代表的厂商，其产品具备灵活、 可虚拟化、可扩展的特性。

Intel FPGA方案在小基站中应用广泛。Intel 为5G 小基站设计的平台中，RRU （远端射频单元）基于 Intel Arria10 FPGA，Arria10 FPGA 和 SoC 串行收发器提 供宽带、低延时、低功耗的选择，可以支持开发高速通信系统，非常适合无线基 站。Intel 目前基于 Flex RAN 的端到端解决方案，已经被绝大多数 5G 小基站广 泛采用。

4.3. 公司竞争力：通信领域国产替代优先级高，安路科技客户质量占优

网络通信受国际贸易格局及供应链安全等因素的影响，中兴通讯在积极地推 动国产替代进程。公司产品于 2019 年开始导入中兴通讯，是第一批进入中兴通 讯供应链的国产 FPGA 企业之一。2020 年，中兴康讯成为公司第五大客户，贡献 营收 373.18 万元，占比 1.33%，未来有望持续受益于客户订单量提升。此外，公 司还积极拓展其他网络通信设备客户，在该领域公司凭借强大的技术实力、优质 的服务水平和较高的性价比水平已成功获得部分电子制造业公司的订单。在 5G 小基站领域，公司 FPGA 芯片也已逐步获得应用。

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