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2022年，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在劇烈動(dòng)蕩中延續(xù)了增長態(tài)勢，FPGA芯片因其靈活性和不斷提升的電路性能，在豐富的下游應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下，市場需求相對(duì)旺盛。
從國產(chǎn)FPGA龍頭企業(yè)年報(bào)來看，業(yè)績?cè)鲩L可觀，本土創(chuàng)新活躍。據(jù)公開數(shù)據(jù)，2022年，安路科技FPGA營收9.89億元，同比增長53.96%；復(fù)旦微電FPGA收入7.8億元，同比增長82.8%；紫光同創(chuàng)營收同比增長超80%，凈利潤3.52億元，同比增長758%。
在我國龐大的半導(dǎo)體市場中，F(xiàn)PGA屬于“小眾”領(lǐng)域。隨著我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)開始升級(jí)優(yōu)化，國產(chǎn)FPGA面臨哪些突破機(jī)會(huì)？能否再上臺(tái)階？
步入高景氣周期
FPGA產(chǎn)業(yè)高度集中，是典型的寡頭壟斷市場，芯片界的“叢林法則”在這個(gè)領(lǐng)域尤為突出：寡頭贏者通吃，弱勢者夾縫生存。
近年來，國內(nèi)外半導(dǎo)體企業(yè)兼并重組風(fēng)起云涌，兩大FPGA巨頭Altera、Xilinx相繼并入Intel、AMD旗下，產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、戰(zhàn)略重組的趨勢，國際龍頭企業(yè)由于產(chǎn)品線豐富、具有規(guī)模優(yōu)勢等特征，給FPGA市場帶來新的沖擊。
在此趨勢下，國產(chǎn)FPGA企業(yè)更需要穩(wěn)步發(fā)展、積極創(chuàng)新。一方面，為了追求高性能、低功耗，F(xiàn)PGA芯片正向先進(jìn)制程、先進(jìn)封裝、大容量及高集成度等方向發(fā)展，并需積極滿足新興下游應(yīng)用領(lǐng)域市場需求；另一方面，國產(chǎn)FPGA企業(yè)要打破現(xiàn)有的行業(yè)競爭格局，必須準(zhǔn)確把握市場發(fā)展趨勢，推出更具市場競爭力的產(chǎn)品，才有希望進(jìn)一步擴(kuò)張自身的業(yè)務(wù)規(guī)模。
國內(nèi)FPGA主要玩家包括復(fù)旦微電、安路科技、紫光同創(chuàng)等，從2022年的業(yè)績表現(xiàn)來看，體現(xiàn)出了高增長趨勢。
安路科技2022年實(shí)現(xiàn)營收10.42億元，同比增長53.57%，并且，在營收增加的同時(shí)扭虧為盈，凈利潤達(dá)5982.80萬元，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)非常關(guān)鍵的里程碑。
復(fù)旦微電在2022年，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)銷售收入約7.81億元，一是FPGA業(yè)務(wù)占比提升明顯，二是產(chǎn)品均價(jià)大大提升，F(xiàn)PGA芯片單顆均價(jià)從2021年的6.75元大幅提升至2022年的17.05元，體現(xiàn)出高景氣的增長曲線。
紫光同創(chuàng)官微也在今年年初發(fā)布，2022年實(shí)現(xiàn)營收超15億元，較2021年同比增長近90%。
“卷”在中低端
從產(chǎn)品指標(biāo)來看，多家國產(chǎn)FPGA廠商最高產(chǎn)品制程均達(dá)到了28nm及以上，不過，主力銷售產(chǎn)品尚集中在更低制程水平。此外，各家技術(shù)儲(chǔ)備不同，發(fā)展路徑和目標(biāo)市場也不盡相同。
紫光同創(chuàng)覆蓋高、中、低端等多層次FPGA市場；復(fù)旦微電是國內(nèi)較早推出億門級(jí)FPGA產(chǎn)品的廠商，新一代十億門級(jí)產(chǎn)品正在研發(fā)中，并且有可編程片上系統(tǒng)的技術(shù)儲(chǔ)備；安路科技在FPGA/集成CPU、FPGA、數(shù)據(jù)處理專用引擎等單芯片產(chǎn)品方面都有儲(chǔ)備，并且中高端產(chǎn)品PHOENIX家族已令其2022年業(yè)績豐收；京微齊力基于22nm工藝制程的FPGA已成功量產(chǎn)，且具備將FPGA與CPU、MCU、Memory、ASIC、AI等多種異構(gòu)單元集成在單芯片上的技術(shù)；易靈思基于RISC-V軟核的FPGA已商用，并在16nm、40nm有長期的產(chǎn)品規(guī)劃。
從市場應(yīng)用來看，國內(nèi)FPGA市場應(yīng)用主要集中在通信和工業(yè)領(lǐng)域。
其中，通信是 FPGA 市場最重要的組成部分。一方面，F(xiàn)PGA 芯片運(yùn)算速度可以有效滿足通信領(lǐng)域高速的通信協(xié)議處理需求；另一方面，隨著通信協(xié)議的演進(jìn)，F(xiàn)PGA可憑借其高靈活性適應(yīng)通信協(xié)議持續(xù)迭代。根據(jù)Frost&Sullivan 數(shù)據(jù)，2022年FPGA在中國通信領(lǐng)域的市場規(guī)模為86.7億元，未來3年通信有望始終占據(jù)國內(nèi)40%以上的市場份額，到2025年市場規(guī)模達(dá)到140.4億元，3年CAGR為17.43%。
工業(yè)方面，F(xiàn)PGA應(yīng)用在視頻處理、圖像處理、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)控制和運(yùn)算加速功能，受益于工業(yè)智能化、無人化的發(fā)展趨勢，F(xiàn)PGA高效能、實(shí)時(shí)性、高靈活性的特點(diǎn)使其在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，2022年FPGA芯片在中國工業(yè)領(lǐng)域的市場規(guī)模為65.2 億元，2025年將達(dá)到100.8億元，CAGR為15.6%。
產(chǎn)品方面，國產(chǎn)FPGA中低端種類豐富，高端產(chǎn)品還需補(bǔ)足，僅復(fù)旦微電的億門級(jí)FPGA系列等少數(shù)芯片邏輯單元可達(dá)約700K，其余大部分邏輯單元容量在200K以下，而國際龍頭企業(yè)的高端產(chǎn)品邏輯規(guī)?？蛇_(dá)到3KK以上。制程方面，國際高端產(chǎn)品已有7nm量產(chǎn)，而國內(nèi)已量產(chǎn)的FPGA芯片多以28nm為主，僅有京微齊力、易靈思分別實(shí)現(xiàn)了22nm、16nm FPGA芯片量產(chǎn)。這也表明，高端FPGA方面，國產(chǎn)FPGA芯片仍有很大的追趕空間。
新方向、新機(jī)遇？
去年年末，AMD旗下FPGA宣布漲價(jià)，且漲幅最大的是Spartan 6系列，該系列采用45nm制程，產(chǎn)品邏輯容量覆蓋4k~150k，主要應(yīng)用在工控、汽車信息娛樂系統(tǒng)、消費(fèi)電子等市場。業(yè)界分析認(rèn)為，某些國產(chǎn)FPGA已經(jīng)完全覆蓋Spartan6系列產(chǎn)品規(guī)格，因此漲價(jià)將給國產(chǎn)廠商帶來市場機(jī)遇。
對(duì)此，相關(guān)FPGA廠商也表示希望能抓住機(jī)會(huì)，進(jìn)一步豐富產(chǎn)品的譜系種類，以滿足市場不同層次的需求，同時(shí)，贏得客戶的品牌忠誠度也非常重要，這是進(jìn)一步打造生態(tài)的關(guān)鍵。
此外，產(chǎn)業(yè)升級(jí)優(yōu)化也帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、數(shù)據(jù)中心、人工智能等領(lǐng)域的需求日益旺盛，有助于國產(chǎn)FPGA芯片抓住更多機(jī)遇。
在數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器和存儲(chǔ)器作為通用基礎(chǔ)設(shè)備，為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的應(yīng)用情景，需要FPGA 實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、功能擴(kuò)展、系統(tǒng)升級(jí)等功能。在數(shù)據(jù)中心運(yùn)算處理領(lǐng)域，相比于 CPU，F(xiàn)PGA由于其無指令、無需共享內(nèi)存的體系結(jié)構(gòu)，能夠同時(shí)提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和足夠的靈活性；相比 GPU，F(xiàn)PGA 芯片在數(shù)據(jù)中心具有低延遲及高吞吐的優(yōu)勢；相比ASIC，F(xiàn)PGA在性能、靈活性、同構(gòu)性、成本和功耗等五個(gè)方面可以達(dá)到較好的平衡。在云計(jì)算大面積應(yīng)用的背景下，未來數(shù)據(jù)中心對(duì)芯片性能的要求將進(jìn)一步提高，更多數(shù)據(jù)中心有望采用 FPGA，提高FPGA在數(shù)據(jù)中心芯片中的價(jià)值占比。
汽車電子領(lǐng)域，F(xiàn)PGA主要有以下幾大應(yīng)用：系統(tǒng)接口及控制領(lǐng)域，用于控制和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)；在視頻橋接和融合領(lǐng)域，可用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)圖像傳感器的信號(hào)橋接、3D環(huán)視視頻融合、倒車輔助視頻、輔助駕駛視頻等功能；在輔助駕駛和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，可用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺與目標(biāo)檢測等各種功能；在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、汽車信息娛樂系統(tǒng)等領(lǐng)域，可應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛要求的快速演變，提升用戶駕駛體驗(yàn)和信息娛樂體驗(yàn)。
人工智能是FPGA的新興應(yīng)用市場之一，在云側(cè)與端側(cè)的不同任務(wù)中，F(xiàn)PGA均已與GPU及 ASIC等芯片成為處理芯片的重要選擇之一。在云側(cè)處理時(shí)，F(xiàn)PGA芯片內(nèi)的并行處理單元可達(dá)到百萬級(jí)，且可編程性能夠?qū)崿F(xiàn)靈活搭建數(shù)據(jù)處理流水線，因此運(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)訪問延遲低，較為適合推理等實(shí)時(shí)決策需求。在端側(cè)處理領(lǐng)域，隨著智能終端對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)和多樣化應(yīng)用的需求，越來越多的推理任務(wù)被轉(zhuǎn)移到端側(cè)來完成，F(xiàn)PGA 芯片可實(shí)現(xiàn)快速推理決策，其現(xiàn)場可編程、可實(shí)現(xiàn)定制功能、高吞吐量和低延遲等特點(diǎn)，也可以適配各種經(jīng)過壓縮優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部署和升級(jí)。
在邊緣端的嵌入式應(yīng)用場景中，除了要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理、扮演高速協(xié)處理器以外，還要同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、圖形運(yùn)算、控制調(diào)度等各種任務(wù)，這類新需求在未來人工智能、高可靠等領(lǐng)域?qū)⒎浅Ｆ毡?。因此，采用CPU+FPGA+AI、CPU+FPGA+GPU+AI、CPU+FPGA+ADC等融合架構(gòu)的可編程單芯片產(chǎn)品將成為重要的發(fā)展方向。
此外，為提高產(chǎn)品密度和通信帶寬，Chiplet和高速率FPGA用SerDes(串行/解串接口)也將是主要的技術(shù)趨勢。
寫在最后
對(duì)于發(fā)展中的國產(chǎn)FPGA來說，和半導(dǎo)體整體產(chǎn)業(yè)一樣，同樣面臨著技術(shù)升級(jí)和國際新形勢的雙重挑戰(zhàn)，但高速增長的國內(nèi)市場規(guī)模為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)優(yōu)化提供了重要機(jī)遇。
過去的一年，全球芯片行業(yè)從“缺芯潮”走向“砍單潮”，行業(yè)悲觀之聲不絕于耳。逆勢大幅增長的國產(chǎn)FPGA產(chǎn)品，也給努力成長的國產(chǎn)芯片帶來一些亮光。雖技術(shù)上與國際龍頭差距較大，但國內(nèi)產(chǎn)品日益豐富、技術(shù)不斷更新迭代，F(xiàn)PGA呈現(xiàn)出了加速發(fā)展的趨勢。隨著產(chǎn)品認(rèn)可度不斷提升，率先布局未來的潛力市場，F(xiàn)PGA企業(yè)有望在國產(chǎn)化浪潮中加速發(fā)展。
下載ECAD模型
