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国信证券-半导体行业专题系列:一文看懂FPGA芯片投资框架-210722

上传日期:2021-07-22 16:12:00  研报作者:许亮,唐泓翼  分享者:daofeng125   收藏研报

【研究报告内容】


  事项:
  FPGA芯片需求增长,国内厂商谁或拔得头筹
  1、什么是FPGA芯片?与CPU、GPU、ASCI芯片有何不同?
  2、全球FPGA芯片需求规模超过125亿美金,年复合增速超过10%,增长的核心源动力来自何处?
  3、FPGA芯片市场竞争格局如何?多家国内厂商申报IPO,谁或拔得头筹?
  核心逻辑:
  近年来FPGA芯片市场需求强劲,主要由于5G渗透率提升、AI智能推进以及汽车智能化的不断演进。据MarketResearchFuture预计,2025年全球FPGA市场规模将增长至125亿美元,复合增速超过10%。目前全球FPGA市场,主要被海外企业垄断,CR4份额达97%,赛灵思、Altera遥遥领先。同时在国产芯片自主可控趋势下,国内FPGA企业积极加大研发投入,有望迎来加速成长期。
  目前国内FPGA公司主要有复旦微(正在上市询价)、安路科技(已提交IPO注册)、紫光同创(紫光国微持股29.47%)、高云半导体等,我们预计随着相关公司上市,国内资本市场将密切关注FPGA领域的核心机会。
  评论:
  什么是FPGA芯片?
  FPGA中文全称为现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray),是逻辑芯片的一种,逻辑芯片还包括CPU、GPU、DSP等通用处理器芯片,以及专用集成电路芯片ASIC。集成电路芯片包括数字芯片和模拟芯片两大类,数字芯片可以分为存储器芯片和逻辑芯片。
  FPGA,主要由“可编程逻辑单元+输入输出单元+开关连线阵列”等三种功能单元构成。FGPA通常由可编程的逻辑单元(LogicCell,LC)、输入输出单元(InputOutputBlock,IO)和开关连线阵列(SwitchBox,SB)三种功能单元构成。
  FPGA的可编程性是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的,存储在存储器单元中查找表(LUT)值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式,开关阵列能够通过内部MOS管的开关控制信号连线的走向,因此用户可以通过对逻辑单元和开关阵列的编程,在FPGA内部形成不同逻辑电路,以满足所需功能。
  FPGA和CPU、GPU、ASIC的等核心区别:其底层逻辑运算单元的连线及逻辑布局未固化,适用于底层算法需要持续更迭的运算领域,例如人工智能算法优化。FPGA芯片,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,从而去实现特定功能的集成电路芯片。
  而其他类别逻辑芯片,像ASIC、CPU和GPU等,物理底层逻辑单元的运算关系均已固定且不可变。打个比方,如果ASCI、CPU和GPU等是像建好的楼房,楼房中房间、走廊及楼梯等路线方式是已经固定了。而FPGA的内部类似霍格沃兹中的魔法楼梯,可以随时改变房间到房间的路线关系。
  并且FPGA不需要像CPU和GPU在软件应用层面的指令系统编译,对FPGA进行编程是使用硬件描述语言,并直接编译烧录为晶体管电路的组合,即直接用晶体管电路实现用户的算法。因此FPGA方案芯片无需像传统芯片制造需要流片,可以节约大量流片生产成本,也无需承担由流片带来的数个季度的时间成本。
  由于FPGA是一种半定制芯片,具有现场可编程性,特别适用于需求物理运算逻辑需要持续更迭的应用领域,例如人工智能算法优化、数据中心应用等。
  全球FPGA芯片需求规模超过125亿美金,年复合增速超过10%,增长的核心源动力来自何处?
  FPGA下游应用市场广泛,随着5G技术的提升、AI的推进以及汽车自动化趋势的演进,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%。随着5G技术的提升以及AI的推进,全球FPGA市场规模将稳步增长。
  中国FPGA市场高需求,国产化趋势下助力国内企业占领市场。近年来,中国FPGA芯片市场规模持续上升,从2016年的65.5亿元增长至2020年的150.3亿元,年复合增长率答23.1%。据预测,至2025年中国FPGA市场规模将进一步提升至332.2亿元,2021-2025年的复合增长率为17.1%,高于全球FPGA市场的10.85%。在国产化趋势下,中国FPGA市场的成长将助力国内企业占据市场份额。
 报告详细内容请查阅原报告附件
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