一、FPGA产业概述
1、产业概述
FPGA，现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array），是基于通用逻辑电路阵列的集成电路芯片，其最大的特点是芯片的具体功能是在制造完成以后由用户配置决定，因此得名“现场可编程”。用户配置通过 FPGA 专用 EDA 软件实现，软件接受用硬件描述语言描述的用户功能，编译生成二进制位流数据，最后将位流下载到芯片中实现用户描述的功能。
FPGA产业地位
资料来源：公开资料整理
2、分类对比
人工智能领域作为加速计算的分支，同样要求低延时性和并行性，FPGA在人工智能领域有高处理效率和灵活性的优势，与ASIC等其他竞品来看，FPGA灵活性更强、系统扩展性较好、并行运算加速表现出色，且FPGA产品的开发周期相对较小，又能够与CPU搭配起到加速卡的作用，在相同性能下比GPU的单位能耗低，因此FPGA在人工智能领域是更优选择。目前，CPU+FPGA+AI或者CPU+FPGA+GPU融合架构的PSoC芯片兼具了SOC的灵活性和通用性、FPGA的硬件可编程性和专用AI加速核或GPU的的高效性，有极好的能效加成，因而逐渐成为主流发展趋势。
FGPA在各类AI芯片中的优劣势对比
资料来源：公开资料整理
三、FPGA上下游影响分析
1、上游端
FPGA芯片产业链上游主要包括基本的制造材料、EDA设计软件、IP授权，目前国内EDA软件和IP相对薄弱，本土厂商使用的EDA软件和IP基本都是依靠国外授权。经过验证可复用的成熟IP模块使芯片设计公司无需独立完成芯片上所有IP的设计，可以将更多资源集中在打造核心产品竞争力的研发中。据数据，英国ARM公司和美国新思科技2020年以41%、19.2%的高市占率稳居全球CR2位置，中国大陆仅有芯原股份以2%的全球市占率挤进前十名。
2020年全球半导体IP供应商市占率
资料来源：IPnest，华经产业研究院整理
从全球市场竞争格局来看，EDA行业呈现明显的寡头趋势。全球EDA市场被Synopsys ( 新思科技)、Cadence ( 楷登电子)和西门子EDA主导，三家厂商的市场份额估计超过70%。从产品和服务情况看，新思科技、楷登电子竞争力比较强，能够覆盖电子设计全部流程;西门子EDA在PCB (印刷电路板)设计工具领域的优势明显。从国内来看，国际三大EDA巨头新思科技、楷登电子和西门子EDA在国内市场占据明显的头部优势，国产龙头华大九天占比4.8%左右市场份额。
2020年全球和中国EDA市场格局情况
资料来源：公开资料整理
2、下游结构
就下游应用结构而言,FPFA芯片作为适用性，下游应用广泛，通信和工业为主要应用领域。数据显示，2020年通信领域和工业领域占据了FPGA73%的应用市场，其中通信领域应用最广，主要得益于 FPGA 内部结构特点可以实现分布式的算法结构，无线通信中的高速数字信号处理十分有益，可以有效地实现大量滤波运算的乘和累加操作。
2020年中国FPGA应用结构占比
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
三、政策背景
虽然集成电路全球化分工日益严重，中美半导体领域持续竞争背景下，我国集成电路技术突破受到美国的持续封锁，为避免像中芯国际和华为等先进制程突破受影响，集成电路产业链整体国产化是我国集成电路突破封锁的关键，政策推动背景下，我国集成电路国产化进程持续加速，逻辑电路作为集成电路产品关键领域受益快速突破，而FPGA 相较CPU和GPU技术要求相对较低，国产化速度更快。
近年来中国集成电路政策
资料来源：公开资料整理
四、中国FPGA产业现状
随着下游通讯和工业领域需求稳步发展，新兴领域如汽车电子等领域高速扩张，我国FPGA芯片市场规模整体表现为快速增长，数据显示2020年我国FPGA芯片市场规模达150.3亿元，同比2019年增长16%。就趋势而言，随着5G基站和AI领域持续发展，FPGA有望受益持续高增速发展。
2016-2021年中国FPGA芯片市场规模及预测
资料来源：公开资料整理
1、产品结构
不同FPGA工艺节点对应不同的主流应用场景，国际第一大FPGA厂商赛灵思将28nm以上制程产品均定义为先进产品，目前国内能够实现28nm工艺节点FPGA量产的公司较少，市场的主要份额仍由赛灵思等行业龙头占领。目前所有国产厂商在国内市场的营收份额占比很少，而复旦微电是国内首家研发出28nm FPGA产品的公司，就市场结构而言，目前FPGA芯片28nm仅在2成以上，仍有较大渗透空间。
中国FPGA市场细分芯片制程结构
资料来源：公开资料整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国FPGA芯片行业市场深度分析及投资规划建议报告》
五、FPGA竞争格局
1、市场集中度
2020年全球FPGA市场被赛灵思和英特尔（Altera）合计占有率高达83%左右，再加上Lattice和MicroChip合计13%的市场份额，前四家美国公司即占据了全世界96%以上的FPGA供应市场，同时在硬件设计和高端的EDA软件设计上美国公司都形成了极强的技术封锁。国内主要的FPGA企业为安路科技、复旦微电子、成都华微、紫光同创等，其中FPGA占比国内市场份额6%左右。
中国FPGA芯片市场竞争格局占比
资料来源：安路科技招股书，华经产业研究院整理
Xilinx、Microchip、Lattice 均为全球领先的 FPGA 企业，赛灵思（Xilinx）作为全球FPGA龙头，主流制程已从28nm工艺制程的芯片产品向16nm的Ultrascale+系列聚集，并在7nm工艺制程上推出了量产Versal芯片产品，技术领先全球，毛利水平最高，虽然近年产业竞争加剧背景下小幅度下降，仍在65%以上；莱迪斯半导体（Lattice）主要产品包括通用型FPGA、视频桥接FPGA等，毛利水平略低于赛灵思；微芯科技从事FPGA业务子公司Microsemi专注于高性能模拟和混合信号集成电路及高可靠性半导体设计、制造，毛利水平略高于莱蒂思，安路科技虽然技术水平仍有差距，但国内市场整体占据成本和竞争优势，毛利水平可达同一水平。
2018-2021年H1全球主要企业和安路科技毛利对比
资料来源：安路科技招股书，华经产业研究院整理
2、主要FPGA国内企业现状对比
安路科技的28nm制程FPGA已经量产，是国内首批具有28nm FPGA芯片设计和量产能力的企业，且已开展FinFET工艺产品预研工作。复旦微电子在2018年推出了采用28nm制程工艺的亿门级FPGA产品，其SerDes传输速率最高达13.1Gbps，已向国内数百家客户发货。紫光同创的Titan系列（40nm）、Logos系列（40nm）均实现了量产与商业化，采用28nm制程的千万门级（4000万）FPGA量产工作也在推进过程当中。
国内主要FPGA企业技术水平
资料来源：公开资料整理
2021年安路科技FPGA整年营收6.79亿元，同比2020年增长141.44%，其中FPGA产品营收占比95%左右，安路科技FPGA产品可分为EAGLE 系列、ELF 系列和PHOENIX系列，其中前两种价格较低均价在14-17元/颗，整体销量较高，PHOENIX系列面向高性能可编程逻辑市场，销量相对较低，价格在170元/颗左右。
2021年安路科技FPGA细分产品销量及营收
资料来源：安路科技公报，华经产业研究院整理
六、FPGA发展趋势
1、先进制程需求持续增长
随着5G时代通信设施的部署、汽车辅助驾驶技术的成熟、不断增长的数据中心需求、人工智能领域的开拓创新，以及要求的高速率、超精密的技术，28nm、14/16nm工艺制程FPGA将获得更大的市场空间。
2、国产替代加速
我国半导体整体发展较全球先进水平较晚，高端芯片设计研发人才、设备、材料皆相对落后，尤其是集成电路设计领域高端设计人才是技术突破的核心，目前国内头部企业如紫光同创和复旦微电背靠国内优秀大学，具备较强的人才资源优势，有望借此填补高端人才劣势，随着国内集成电路政策持续推进，FPGA产业有望受益加速国产替代，尤其是头部企业将快速发展。
华经产业研究院对中国FPGA芯片行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析，对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析，最大限度地降低企业投资风险与经营成本，提高企业竞争力；并运用多种数据分析技术，对行业发展趋势进行预测，以便企业能及时抢占市场先机；更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国FPGA芯片市场规模现状及投资规划建议报告》。
