2021年FPGA芯片行业成长空间分析 FPGA芯片需求快速增长

FPGA（现场可编程门阵列）是集成电路中数字电路的一种。FPGA芯片是为了克服定制芯片灵活度不足以及传统编程器件门阵列数有限的一种半定制电路。FPGA芯片的功能可以重构，可以多次对其内存中写入新代码，实现不同功能，具有布线资源丰富，可重复编程，集成度高，投资较低等特点。

FPGA相比定制电路效率高、灵活性强。FPGA芯片与定制电路相比，可以使用电脑编程进行多次擦写，提高灵活度并节省时间与成本。因其具备高密度、工作效率高、编程灵活等特点，在各类电子产品当中获得大量应用。与其他芯片相比，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。

1.FPGA需求快速增长，中国是最主要市场

高灵活性是带来的广泛需求是FPGA市场增长的主要动力。FPGA下游应用市场广泛，随着5G技术的提升、AI的推进以及汽车智能化的不断演进，全球FPGA市场规模将稳步增长。据MarketResearchFuture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%，其中通讯，消费电子，汽车是FPGA的主要应用场景。

中国是FPGA最主要的市场之一。从区域来看，根据MarketResearchFuture的统计，2018年全球最大的FPGA市场为亚太地区，占比为39.15%，北美占比33.94%，欧洲占比19.42%；因为下游数据中心、5G和人工智能市场在未来的增长大部分集中在亚太地区，亚太地区在FPGA的需求上也将增长最快，至2025年，亚太地区在全球FPGA市场中的占比预计将会继续提高至43.94%。其中，中国市场是亚太地区市场最主要的构成部分。

1.1.5G技术迭代，FPGA量价齐升

FPGA凭借其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。由于5G通讯对基站射频芯片的连接速度、低延时、连接密度、频谱带宽的要求更高，且新增MassiveMIMO（大规模天线整列）技术、云RAN、新的基带和RF架构等5G关键技术，拥有较长的迭代升级过程和较大的技术不确定性。这使得市场很难快速推出成熟的5GASIC芯片，从而为FPGA在5G领域的运用提供了较长的时间窗口。因此，在整个5G系统方案稳定运行前，FPGA是更加理想的解决方案。5G推动FPGA量价齐升。

5G推动FPGA出货量提升：

1）通信基站数量增多带动FPGA零部件用量提高。由于5G信号衰减较快，基站需求量巨大同比4G时期增长明显。

2）5G单基站FPGA用量较4G基站更大，由于5G大规模天线整列的高并发处理需求，单基站FPGA用量有望从4G时期2-3块提高到5G时期4-5块，一定程度带动FPGA整体用量。5G对FPGA性能提出更高要求：在单价方面，FPGA主要用在收发器的基带中，5G时代由于通道数的增加，计算复杂度增加，所用FPGA的规模将增加，由于FPGA的定价与规模正相关，未来单价有望进一步提高。

1.2.AI逐渐普及，FPGA发力异构计算

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。通常情形中，FPGA会与CPU搭配，起到CPU加速器的作用，即把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。无论是赛灵思还是英特尔，其FPGA在数据中心运算方面的产品形态均为加速器，在服务器中与CPU进行配合。

此外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，ASIC的灵活性不足，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。因此具备可编程特性且灵活多变的FPGA芯片有望提升在AI领域的地位。根据SemicoResearch的数据，2018年用于AI的FPGA市场规模约10亿美元，预计2019年为18亿美元。到2023年，用于AI的FPGA市场规模将增长3倍，达到52亿美元。

1.3.汽车电动化加速，FPGA低时延存在天然优势

FPGA在汽车中的应用越来越广泛，扮演着越来越重要的角色。FPGA在汽车电子中的应用主要有以下几个领域。在系统接口及控制领域，FPGA芯片用于控制和驱动电动汽车电机控制系统，连接驾驶系统、仪表盘、雷达、超声波传感器等各种车载设备，实现激光雷达、毫米波雷达等信号处理和控制。在视频桥接和融合领域，相较其他通用芯片方案，FPGA方案在辅助驾驶的视频分析功能中可采用超低延时精确算法对来自车辆摄像机的实时视频输入信号进行分析，及时做出判断，并且FPGA方案可以在不进行重新设计的前提下实现重新编程，以适应不断发展的算法，从而缩短整体方案的开发周期。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到9.5亿元，占中国FPGA芯片市场份额的6.3%，2021年至2025年年均复合增长率将达到22.7%。

图：国内汽车领域FPGA市场规模

2.FPGA技术壁垒高筑，国产替代空间大

FPGA行业壁垒主要为技术专利和行业生态。且对于下游应用厂商来说，存在一定替换成本行业门槛极高。后进入的国内公司想要进行完全的国产替代，需要从技术，生态两部分进行突破，存在一定难度。

1）技术专利：国外企业起步较早，Xilinx、Altera等公司通过近6000项专利构筑了牢固的知识产权壁垒。

2）行业生态：FPGA涉及多种IP与EDA设计，国外公司通过高市占率构建了完整的生态体系，国内企业适配所有生态才能实现最终的替代。另外，因为FPGA产品的生命周期非常长，所以一旦使用便很难实现替换。

综上，技术专利和行业生态构建了FPGA牢靠的护城河，全球FPGA企业市场份额集中度高，Xilinx和Altera（被Inter收购）在专利、人才、技术方面均占据垄断地位。根据华经产业研究院数据，2019年Xilinx和Altera的全球市占率分别为42%和30%。

国产FPGA正在起步，与国外差距较为明显。国内FPGA主要厂商为紫光同创、复旦微电子和安路科技等。各公司各自针对不同的应用市场进行研发。目前由Xilinx设计的最先进的FPGA芯片采用7nm工艺，而中国企业主要以以40nm和55nm产品为主。安路科技、紫光同创是是国内FPGA领域技术较为领先的公司，目前已可提供28nm制程的FPGA产品。当前中国FPGA厂商的发展水平相对落后，国内厂商工艺、逻辑规模、器件性能方面的突破，将成为打破国外垄断关键。

安路科技市场份额国内领先，但仍存较大替代空间。安路科技凭借覆盖低端到高端的产品矩阵以及持续研发投入，获得下游客户的认可，2019年以出货量统计，国内FPGA市场份额达到6%，排名第四，在国产品牌中排名第一。以销售额统计，安路科技仅占0.9%，仍然存在较大市场空间。2020年公司产品出货量突破两千万颗。

3.FPGA芯片与EDA并行，布局全产品体系

公司的主营业务聚焦FPGA芯片与专用EDA软件，目前形成三大系列产品。公司的FPGA芯片产品目前形成了以PHOENIX高性能产品系列、EAGLE高性价比产品系列和ELF低功耗产品系列组成的产品矩阵。公司产品广泛应用于工业控制、网络通信、消费电子、数据中心等领域。公司凭借领先的研发能力、长期的技术积累、可靠的产品质量和优秀的客户服务水平，在国内外积累了良好的品牌认知和优质的客户资源，客户认可度不断提高。此外，公司与中芯国际、台积电、华天科技等供应商建立了稳定的合作关系。

EDA软件协同构建全产品体系。此外，在FPGA专用EDA软件方面，公司的TangDynasty软件是国内少数全流程自主开发的FPGA专用软件，在TangDynasty软件中，公司设计的新型的FPGA专用EDA软件架构，采用了最新的学术界算法和科研成果，同时考虑计算机和服务器所需的多CPU、多线程运行资源，产品达到了较高的技术水平。公司成功构建了ELF系列、EAGLE系列和PHOENIX系列FPGA芯片和TangDynasty系列FPGA专用EDA软件，形成了多种逻辑规模FPGA芯片和软件的全产品线覆盖。

公司产品围绕FPGA芯片，密切跟踪行业发展趋势及下游需求变化，建立了完善的产品体系。

1）在硬件设计方面，蓄势FPGA工艺产品，构筑高精度门槛。目前，公司的28nm工艺产品已正式量产，公司成为国内首批具有28nmFPGA芯片设计能力和量产能力的企业之一。FinFET工艺产品已开展预研，公司成为国内最早成功实现FinFET工艺关键技术验证的FPGA企业之一；

2）在FPGA专用EDA软件方面，大力自主研发，先行开辟FPG专用软件。公司的TangDynasty软件是国内少数全流程自主开发的FPGA专用软件；

3）在FPGA芯片测试方面，通过自主研发，提高产品竞争力。公司自主开发的测试算法可有效提高测试覆盖率并大幅减少测试时间以节约测试成本；

4）在FPGA芯片应用方案方面，不断积累成熟技术，逐步优化用户体验。公司积累了一批成熟的图像处理和逻辑接口IP，大幅提升了用户的应用开发效率。

除现有技术储备外，公司仍持续投入研发，持续加码核心竞争力。根据招股说明书，公司目前在研项目包括FPGA芯片研发、FPSoC芯片研发、车规芯片研发等，并从2019年6月开始与上海交通大学就“面向FPGA的高层次综合技术研发”开展技术研发合作。公司未来将面向下游应用领域日益蓬勃的需求，持续投入技术研发项目，提高公司产品的技术先进性。

公司产品以FPGA芯片为核心，销售额不断提高2018-2020年年复合增长率分别为443.26%，232.39%。2018-2020年，公司营业收入由2852.03万元增长至28102.89万元，年复合增长率达232.39%；截至2021H1，公司营业收入已达到32,169.44万元，收入进一步跨越式增长。

4.FPGA品类覆盖多重领域，高端产品未来可期

丰富品类覆盖多重领域，强研发赋予强竞争力。目前，公司产品的主要下游应用领域主要包括工业控制、网络通信、消费电子和数据中心。在不同应用领域，公司的FPGA产品均具备强竞争优势。

1. 在工业控制领域，公司产品品类丰富，应用广泛。公司具有集成SDRAM、MCU、高速MIPIDPHY、PCIE硬核等不同功能的多品类产品，可满足工业控制中的实时控制、外设扩展和控制、高速数据传输等应用。
2. 在网络通信领域，公司对产品进行高速迭代，迅速满足客户的主流需求。公司产品在定义时即瞄准行业痛点，可满足主流应用需求，并在发现客户其他需求时，快速迭代增加了DualBoot、ADC集成等特性，成功减小客户PCB面积。
3. 在消费电子领域，公司积极改良技术方案，实现产品替代。公司通过对消费电子行业部分原有技术方案的改良，集成高速MIPI接口硬核功能，以单颗FPGA芯片替代了原本需3颗芯片构成的视频桥接技术方案，成功降低了方案成本。
4. 在数据中心领域，公司实力强劲，技术领先市场。公司产品集成ADC，可以单颗芯片代替传统FPGA和电源管理芯片的双芯片方案。同时公司提供了针对国产CPU主板所需的I2C、LPC、QSPI电平转换等参考设计方案，成功减少客户自主开发所需的时间与成本。

由于工控，通讯，数据中心及消费电子等领域对FPGA芯片需求持续稳定的增长。2018-2020年，公司产品在不同应用领域占比变化较大：2018年，工业控制领域占比超过95%；在2019，2020年，网络通信领域占比分别为74%、62%，消费电子领域占比分别为5%、21%，较2018年均有明显增长，主要原因为公司ELF系列产品成功通过客户验证导入，且产品出货量较大。

图：公司营收结构

PHOENIX系列助力公司再上新台阶。2020年，公司推出了全新的PHOENIX系列产品，该产品采用了28nm工艺，能够满足工业控制、网络通信、数据中心等市场需求。同时单价毛利率较高。公司的量产供货产品已覆盖100K以内的逻辑单元规模，PHOENIX1系列中逻辑单元为400K，2021年将开始批量供货。根据Frost&Sullivan数据，2019年逻辑单元100K以下的FPGA芯片和逻辑单元100K-500K的FPGA芯片是中国市场上的主流芯片，按销售额计，分别占有38.2%和31.7%的份额，PHOENIX系列助力公司补齐产品线，公司的产品已覆盖主流市场所需的逻辑单元范围。

（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。）