芯片专题 | 万能芯片FPGA加速!详细拆解世界格局

（以下内容从天风国际证券《芯片专题 | 万能芯片FPGA加速!详细拆解世界格局》研报附件原文摘录）
　　对于游戏玩家来说，买到新发布显卡的兴奋不亚于女生买到限量款包包，显卡的身价随着挖矿需求倍增，已经成为部分已婚男人零花钱承载不起的“水浒卡”。而显卡中的心脏就是GPU，GPU曾在游戏领域叱咤多年，而如今摇身一变，又成为自动驾驶AI战场的神兵。其中的Nvidia（NVDA.US）在今年以超过180%的涨幅一骑绝尘，成为标普500指数中表现最佳的公司，与苹果、Alphabet、微软、亚马逊四大科技巨头并驾齐驱。 图片来源于：同花顺 无论是CPU、GPU遵循的是冯·诺依曼体系结构，指令要经过存储、译码、执行，共享内存在使用时要经历仲裁和缓存。而FPGA每个逻辑单元的功能在重编程时就已经确定，因此无须指令而FPGA的内存专属于各个控制逻辑，无需不必要的仲裁和缓存。得益于体系架构的优势，先天具有更高能效的特长。 图片来源于：网络 · 一般来说，FPGA涉及到三大核心技术: 1）结构布局，内部布局细腻程度，影响芯片的运行效率，全球主要分为两种流派:逻辑和路由都是固定的和逻辑和路由是可以互换的。 2）接口支持决定了与外围设备兼容性，常用的外围设备包括CPU、GPU、DDR、ADC等。 3）EDA能力EDA工具是FPGA可编程的关键，也是目前FPGA芯片设计的关键门槛，是FPGA厂商竞争的关键。 图片来源于：网络 抛弃场景谈优劣势，抛弃场景谈优劣势，FPGA的编程灵活性，特别适合算法不断更新的领域，不仅可以节省3~12个月的流片时间，还能避免一次性工程费用。但是灵活性的代价就是牺牲了一定程度的处理效率，所以峰值以及平均性能均远低于GPU。但即便如此，FPGA编程在今天也是一件门槛非常高的事情。 图片来源于：安路科技 基于以上优缺点，FPGA早期一直被用作专用芯片的小批量逻辑验证替代品，目前在数据中心的核心计算单元位置上已经站稳脚跟。且随着工艺水平不断突破，技术不断进步，FPGA作为自动驾驶AI主控芯片的潜质也已经凸显。 图片来源于：Lattice 官微 目前以特斯拉（TSLA.US）为代表的造车新势力正通过将仪表板、信息娱乐系统和屏幕显示进行高度集成，使得一块屏幕上需要展示的内容日趋丰富，加之不同品牌车型间的显示器尺寸并不统一，从而对图像的分区切割显示和多元化融合提出了较高要求。很多车厂目前都在利用 FPGA的可编程、并行处理能力强、功耗低、散热少的特点，加速引入相关 FPGA 平台。 图片来源于：德邦证券 Semico 研究公司预测，全球数据中心加速器（包括 CPU、GPU、FPGA 和 ASIC）市场规模将从 2018 年的 28.4 亿美元增长到 2023 年的 211.9 亿美元，年复合增长率高达 49%。其中 FPGA 加速器在 2018 年只有 10 亿美元，到 2023 年将超过50 亿美元，其增长驱动力主要来自企业级数据负载加速应用。 图片来源于：德邦证券 目前对全球主流 FPGA 芯片公司的收入数据进行不完全统计，英特尔（INTC.US）22Q4 收入同比大增 42%，22 年全年同比增长 29%；微芯科技（MCHP.US），中国公司表现更为亮眼，紫光同创 2022 年实现营收超 15 亿元，同比增长近 90%；安路科技 2022年实现营收 10.42 亿元，同比增长 54% 图片来源于：德邦证券 · 世界格局： 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。 图片来源于：立鼎咨询 中国市场竞争格局主要呈现两大特点： （1）中国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，中国 FPGA 厂商已占有一席之地。根据德邦证券数据显示：中国FPGA 设计公司合计营业收入自 2018 年的 2 亿元人民币增长至2022 年的 33 亿元人民币，2022 年全球市占率已超过 5%。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。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。 图片来源于：德邦证券 · 在高端 FPGA 硬件水平上，中国与海外龙头尚存在较大差距 1）在制造工艺方面：AMD（Xilinx）Versal 系列已经进入 7nm 制程工艺，其对标的 Agilex 系列也已采用 Intel 7 制程工艺。而中国厂商目前尚处于 28nm 的技术节点，且在 28nm 产品的推出节点上落后于两大国际龙头厂商近十年。作为 FPGA 芯片性能的基础性指标，芯片制程仍然是国产替代突围的关键。 图片来源于：复旦微 2）其次是硬件架构方面：国际龙头已经开始在高端产品中使用先进的 NoC 片上通信网络架构以及兼顾内存容量与带宽的HBM 存储架构，AMD（Xilinx）更是开创 ACAP 的新型异构模式，因此架构创新与升级也是国产厂商未来发展需要攻克的难关。 图片来源于：网络 3）在应用领域方面：AMD（Xilinx）、Intel（Altera）的产品已可对工业控制、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，国产厂商现阶段的产品线尚有不足。与硬件水平的问题殊途同归，国产 FPGA 首先需要突破先进的硬件技术，才能够在高端应用领域占有一席之地，而目前国产 FPGA 尚处于中低端市场，自主可控道阻且长。 图片来源于：中金证券 整体来说，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。 Xilinx（赛灵思）：目前已被AMD（AMD.US）收购。Xilinx是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商。研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、软件设计工具以及作为预定义系统级功能的IP(Intellectual roperty)核。Xilinx公司成立于 1984年，Xilinx首创了现场可编程逻辑阵列（FPGA）这一创新性的技术。 Altera阿尔特拉：Altera是世界上“可编程芯片系统”（SOPC）解决方案倡导者。结合带有软件工具的可编程逻辑技术、知识产权(IP)和技术服务，在世界范围内为14,000多个客户提供高质量的可编程解决方案。 Lattice莱迪思（LSCC.US）：提供业界最广范围的现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)及其相关软件，包括现场可编程系统芯片(FPSC)、复杂的可编程逻辑器件(CPLD),可编程混合信号产品(ispPAC)和可编程数字互连器件(ispGDX)。 Microsemi（美高森美）Microsemi Corporation总部设于加利福尼亚州尔湾市，是一家领先的高性能模拟和混合信号集成电路及高可靠性半导体设计商、制造商和营销商。主要产品主要供应于军工方面，是美国著名的军事和航空半导体设备最大的商业供应商。 Microchip微芯半导体（MCHP.US）成立于1989年，全球主要的单片机和模拟半导体供应商，于2016年收购ATMEL公司，以拳头产品“PIC单片机”著称。 复旦微电子（688385）：于1998年在复旦大学逸夫楼成立，该公司在FPGA领域有近20年的研究和发展，是中国为数不多自主研发FPGA的研究机构。 安路科技（688107）：成立于2011年，从事现场可编程逻辑器件的研发，专攻中低密度 FPGA 市场。 紫光同创（002049）紫光国微子公司，推出中国首款自主产权千万门级高性能FPGA芯片，采用40nm工艺;推出采用28n=工艺的高性价比FPGA产品。 华微电子（600360）国家”909"工程集成电路设计公司和国家首批认证的IC设计企业，目前是中国电子信息产业集团异构可编程片上系统的设计技术创新中心。 本文件由天风国际证券集团有限公司, 天风国际证券与期货有限公司（证监会中央编号：BAV573）及天风国际资产管理有限公司（证监会中央编号：ASF056）（合称“天风国际集团”）编制，所载资料可能以若干假设为基础，仅供专业投资者作非商业用途及参考之用途，会因经济、市场及其他情况而随时更改而毋须另行通知。任何媒体、网站或个人未经授权不得转载、链接、转贴或以其他方式复制发表本文件及任何内容。已获授权者，在使用本文件或任何内容时必须注明稿件来源于天风国际集团，并承诺遵守相关法例及一切使用的国际惯例，不为任何非法目的或以任何非法方式使用本文件，违者将依法追究相关法律责任。本文件所引用之数据或资料可能得自第三方，天风国际集团将尽可能确认资料来源之可靠性，但天风国际集团并不对第三方所提供数据或资料之准确性负责。且天风国际集团不会就本文件所载任何资料、预测及／或意见的公平性、准确性、时限性、完整性或正确性，以及任何该等预测及／或意见所依据的基准作出任何明文或暗示的保证、陈述、担保或承诺而负责或承担任何法律责任。本文件中如有类似前瞻性陈述之内容，此等内容或陈述不得视为对任何将来表现之保证，且应注意实际情况或发展可能与该等陈述有重大落差。本文件并非及不应被视为邀约、招揽、邀请、建议买卖任何投资产品或投资决策之依据，亦不应被诠释为专业意见。阅览本文件的人士或在作出任何投资决策前，应完全了解其风险以及有关法律、赋税及会计的特点及后果，并根据个人的情况决定投资是否切合个人的投资目标，以及能否承担有关风险，必要时应寻求适当的专业意见。投资涉及风险。敬请投资者注意，证券及投资的价值可升亦可跌，过往的表现不一定可以预示日后的表现。在若干国家，传阅及分派本文件的方式可能受法律或规例所限制。获取本文件的人士须知悉及遵守该等限制。

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