FPGA領(lǐng)域?qū)⒊蔀锳MD和英特爾對決的戰(zhàn)場

AMD有意收購競爭對手、可編程邏輯芯片制造商賽靈思（Xilinx），收購價格有望超過300億美元。 Xilinx是FPGA的發(fā)明者，也是目前全球最大的FPGA公司。2015年，英特爾收購Altera，從而進入FPGA高端玩家之列。此次如果AMD收購賽靈思成功，將對AMD對抗英特爾處于更有利的位置，并迅速在電信和國防市場占據(jù)更大地位。 目前全球FPGA供應(yīng)市場呈現(xiàn)雙寡頭格局，Xilinx和英特爾合計市場占有率高達87%左右，再加上Lattice和MicroChip合計5.6%的市場份額，前四家美國公司即占據(jù)了全世界92%以上的FPGA供應(yīng)市場。 與標(biāo)準(zhǔn)芯片不同，F(xiàn)PGA可以在制造出來后重新編程，在研發(fā)時需要配套軟件將用戶設(shè)計燒錄到芯片上才能實現(xiàn)相應(yīng)功能，需要軟件硬件協(xié)同才能完成，因此進入FPGA行業(yè)的門檻極高。毫無疑問，AMD收購Xilinx成功后，未來FPGA領(lǐng)域?qū)⒊蔀锳MD和英特爾對決的戰(zhàn)場。

一、FPGA芯片定義及分類

FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片基于可編程器件（PAL、GAL）發(fā)展而來，是半定制化、可編程的集成電路。 發(fā)明者：賽靈思聯(lián)合創(chuàng)始人Ross Freeman于1984年發(fā)明FPGA集成電路結(jié)構(gòu)。全球第一款商用FPGA芯片為賽靈思XC4000系列FPGA產(chǎn)品。 FPGA芯片按固定模式處理信號，可執(zhí)行新型任務(wù)（計算任務(wù)、通信任務(wù)等）。FPGA芯片相對專用集成電路（如ASIC芯片）更具靈活性，相對傳統(tǒng)可編程器件可添加更大規(guī)模電路數(shù)量以實現(xiàn)多元功能。 物理結(jié)構(gòu)：FPGA芯片主要由三部分組成，分別為IOE（input output element，輸入輸出單元）、LAB（logic array block，邏輯陣列塊，賽靈思定義為可配置邏輯塊CLB）以及Interconnect（內(nèi)部連接線）。

二、FPGA芯片的特點及分類

FPGA芯片在實時性（數(shù)據(jù)信號處理速度快）、靈活性等方面具備顯著優(yōu)勢，在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域占據(jù)不可替代地位，同時具有開發(fā)難度高的特點。 FPGA芯片具備以下特點：適用性強：是專用電路中開發(fā)周期最短、應(yīng)用風(fēng)險最低的器件之一（部分客戶無需投資研發(fā)即可獲得適用FPGA芯片）。 并行計算：FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)可按數(shù)據(jù)包步驟多少搭建相應(yīng)數(shù)量流水線，不同流水線處理不同數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)流水線并行、數(shù)據(jù)并行功能。 兼容性強：FPGA芯片可與CMOS、TTL等大規(guī)模集成電路兼容，協(xié)同完成計算任務(wù)。 設(shè)計靈活：屬于硬件可重構(gòu)的芯片結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置數(shù)量豐富的輸入輸出單元引腳及觸發(fā)器。 地位提升：早期在部分應(yīng)用場景是ASIC芯片的批量替代品；近期隨微軟等頭部互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴大，F(xiàn)PGA芯片應(yīng)用范圍擴大。 FPGA廠商主要提供基于兩種技術(shù)類型的FPGA芯片：Flash技術(shù)類、SRAM技術(shù)類（Static Random-access Memory，靜態(tài)隨機存取存儲器）。兩類技術(shù)均可實現(xiàn)系統(tǒng)層面編程功能，具備較高計算性能，系統(tǒng)門陣列密度均可超過1兆。

核心區(qū)別：基于Flash的可編程器件具備非易失性特征，即電流關(guān)閉后，所存儲數(shù)據(jù)不消失。而基于SRAM技術(shù)的FPGA芯片不具備非易失性特征，是應(yīng)用范圍最廣泛的架構(gòu)。

三、中國FPGA芯片產(chǎn)業(yè)鏈分析

FPGA芯片構(gòu)成人工智能芯片重要細分市場，產(chǎn)業(yè)鏈細長，F(xiàn)PGA廠商作為中游企業(yè)對上游軟、硬件供應(yīng)商及下游客戶企業(yè)議價能力均較強 中國FPGA芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈由上游底層算法設(shè)計企業(yè)、EDA工具供應(yīng)商、晶圓代工廠、專用材料及設(shè)備供應(yīng)商，中游各類FPGA芯片制造商、封測廠商及下游包括視覺工業(yè)廠商、汽車廠商、通信服務(wù)供應(yīng)商、云端數(shù)據(jù)中心等在內(nèi)的應(yīng)用場景客戶企業(yè)構(gòu)成。

1、中國FPGA芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游分析 FPGA芯片作為可編程器件，流片需求較少，對上游代工廠依賴度較低，需專業(yè)設(shè)計軟件、算法架構(gòu)支持。 底層算法架構(gòu)設(shè)計企業(yè)FPGA芯片設(shè)計對底層算法架構(gòu)依賴度較低，上游算法供應(yīng)商對中游FPGA芯片研發(fā)制造企業(yè)議價能力有限。境外算法架構(gòu)設(shè)計企業(yè)包括高通、ARM、谷歌、微軟、IBM等。 專用軟件供應(yīng)商FPGA芯片企業(yè)需通過EDA等開發(fā)輔助軟件（quartus、vivado等）完成設(shè)計?？商峁〦DA軟件的國際一流企業(yè)（如Synopsys）向芯片研發(fā)企業(yè)收取高昂模塊使用費。中國市場可提供EDA產(chǎn)品的企業(yè)較少，以芯禾電子、華大九天 、博達微科技等為代表，中國EDA企業(yè)研發(fā)起步較晚，軟件產(chǎn)品穩(wěn)定性、成熟度有待提高。中國FPGA芯片研發(fā)企業(yè)采購境外EDA軟件產(chǎn)品成本高昂，遠期有待境內(nèi)EDA企業(yè)消除與境外同類企業(yè)差距，為中游芯片企業(yè)提供價格友好型EDA產(chǎn)品。

當(dāng)前中國主流晶圓廠約30家，在規(guī)格上分別涵蓋8英寸晶圓、12英寸晶圓。其中，8英寸晶圓廠相對12英寸晶圓廠數(shù)量較多。中國本土12英寸晶圓廠以武漢新芯、中芯國際、紫光等為例，平均月產(chǎn)能約65千片。在中國設(shè)立晶圓廠的境外廠商包括Intel、海力士等。中國晶圓廠發(fā)展速度較快，如武漢新芯12寸晶圓以平均月產(chǎn)能200千片超過海力士平均月產(chǎn)能160千片。 2、中國FPGA芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中游分析 中國FPGA芯片行業(yè)中游企業(yè)擁有較大利潤空間，隨研發(fā)能力積累及應(yīng)用市場成熟，中游行業(yè)格局或發(fā)生裂變，從發(fā)展硬件、器件研發(fā)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向發(fā)展軟件、平臺搭建業(yè)務(wù)。

FPGA芯片利潤空間巨大：相對CPU、GPU、ASIC等產(chǎn)品，F(xiàn)PGA芯片利潤率較高。 中低密度百萬門級、千萬門級FPGA芯片研發(fā)企業(yè)利潤率接近50%（可參考iPhone毛利率接近50%的水平）。高密度億門級FPGA芯片研發(fā)企業(yè)利潤率近70%（可以賽靈思、Intel收購的Altera為例）。 中國中游企業(yè)面臨市場潛力釋放節(jié)點： 相較賽靈思、Intel等巨頭，中國FPGA在研發(fā)方面起步晚，但研發(fā)進度逐漸趕上（與全球頭部廠商相差3代縮短至約2代）。

2017年起，中國FPGA邁入發(fā)展關(guān)鍵階段（從反向設(shè)計向正向設(shè)計全面過渡）。本報告期內(nèi)中美貿(mào)易摩擦加劇背景下，完成初期積累的中國FPGA行業(yè)中游企業(yè)面臨較好發(fā)展機遇。相對全球集成電路領(lǐng)域超4,600億美元市場規(guī)模，F(xiàn)PGA市場規(guī)模較小，存在增量釋放空間。

產(chǎn)業(yè)格局或發(fā)生變化：

隨FPGA行業(yè)中游企業(yè)集中度提高，行業(yè)格局或發(fā)生裂變。中國企業(yè)可通過市場策略調(diào)整，從硬件研發(fā)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向軟件設(shè)計，從器件研發(fā)轉(zhuǎn)向平臺建設(shè)。

3、中國FPGA芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈下游分析

中國FPGA芯片行業(yè)下游應(yīng)用市場覆蓋范圍廣泛，以電子通信、消費電子占據(jù)頭部，工業(yè)控制、機器人控制、視頻控制、自動駕駛和服務(wù)器等多領(lǐng)域具備巨大發(fā)展?jié)摿Α?

FPGA廠商偏重通信市場及消費電子場景中國FPGA應(yīng)用市場以消費電子、通信為主。本土芯片在產(chǎn)品硬件性能等方面落后于境外高端產(chǎn)品，在高端民用市場尚不具備競爭力，但短期在LED顯示、工業(yè)視覺等領(lǐng)域出貨量較高。隨中國企業(yè)技術(shù)突破及5G技術(shù)成熟，中國FPGA廠商在通信領(lǐng)域或取得市場份額高增長。 汽車、數(shù)據(jù)中心應(yīng)用緊隨其后2025年后，邊緣計算技術(shù)及云計算技術(shù)在智慧交通網(wǎng)絡(luò)、超算中心全面鋪開，自動駕駛、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域FPGA應(yīng)用市場成長速度將超過通信、消費電子市場。

FPGA芯片下游應(yīng)用市場規(guī)模增長情況：2018年，通信、消費電子、汽車三大場景構(gòu)成全球FPGA芯片總需求規(guī)模約80%以上，且市場規(guī)模持續(xù)擴大。FPGA器件作為5G基站、汽車終端設(shè)備、邊緣計算設(shè)備核心器件，加速效果顯著，面臨下游市場確定性增量需求。隨中游本土企業(yè)實力提升，遠期國產(chǎn)FPGA芯片產(chǎn)品或以低價優(yōu)勢切入下游市場，降低下游企業(yè)采購高端可編程器件成本。

四、FPGA芯片行業(yè)市場規(guī)模

1、全球市場規(guī)模分析 隨著目前5G時代的進展以及AI的推進速度，F(xiàn)PGA全球市場規(guī)模近年來穩(wěn)步增 長，從2013年的45.63億美元，增至2018年的63.35億美元。根據(jù)Market Research Future的預(yù)測，F(xiàn)PGA全球市場規(guī)模在2025年有望達到約125.21 億美元。

2、中國市場規(guī)模分析：

隨下游應(yīng)用市場拓展，中國FPGA行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)提升。2018年，中國范圍FPGA市場規(guī)模接近140億元。5G新空口通信技術(shù)及機器學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展將進一步刺激中國FPGA市場擴容。預(yù)計2023年，中國FPGA芯片市場規(guī)模將接近460億元。 3、市場份額分析 亞太市場需求顯著亞太地區(qū)市場是FPGA的主要應(yīng)用市場，占全球市場份額超40%。截至2018年底，中國FPGA市場規(guī)模接近140億元，且隨5G通信基礎(chǔ)設(shè)施鋪開而面臨較大增量需求空間。

北美龍頭企業(yè)把持頭部市場北美地區(qū)賽靈思、Intel（收購Altera）保持FPGA市場雙寡頭壟斷格局。中國FPGA市場中，賽靈思份額超過50%，Intel份額接近30%。

五、全球FPGA市場競爭格局

全球FPGA芯片市場競爭高度集中，頭部廠商占領(lǐng)“制空權(quán)”，新入局企業(yè)通過產(chǎn)品創(chuàng)新為行業(yè)發(fā)展提供動能，智能化市場需求或?qū)PGA技術(shù)推向主流。 全球FPGA市場由四大巨頭Xilinx賽靈思，Intel英特爾（收購Altera）、Lattice萊迪思、Microsemi美高森美壟斷，四大廠商壟斷9,000余項專利技術(shù)，把握行業(yè)“制空權(quán)”。

截至2018年底，全球范圍FPGA市場規(guī)模由賽靈思占據(jù)首位（49%），英特爾（Altera）占比超30%，Lattice及Microsemi占據(jù)全球市場規(guī)模均超5%。相對而言，中國廠商整體僅占全球FPGA市場份額不足3%。 FPGA芯片行業(yè)形成以來，全球范圍約有超70家企業(yè)參與競爭，新創(chuàng)企業(yè)層出不窮（如Achronix Semiconductor、MathStar等）。產(chǎn)品創(chuàng)新為行業(yè)發(fā)展提供動能，除傳統(tǒng)可編程邏輯裝置（純數(shù)字邏輯性質(zhì)），新型可編程邏輯裝置（混訊性質(zhì)、模擬性質(zhì)）創(chuàng)新速度加快，具體如Cypress Semiconductor 研 發(fā) 具 有 可 組 態(tài) 性 混 訊 電 路 PSoC（Programmable System on Chip），再如Actel推出Fusion（可程序化混訊芯片）。此外，部分新創(chuàng)企業(yè)推出現(xiàn)場可編程模擬數(shù)組FPAA（Field Programmable Analog Array）等。

六、中國FPGA芯片行業(yè)企業(yè)

中國FPGA芯片研發(fā)企業(yè)可以紫光同創(chuàng)、國微電子、成都華微電子、安路科技、智多晶、高云半導(dǎo)體、上海復(fù)旦微電子和京微齊力為例。從產(chǎn)品角度分析，中國FPGA硬件性能指標(biāo)相較賽靈思、Intel等差距較大。紫光同創(chuàng)是當(dāng)前中國市場唯一具備自主產(chǎn)權(quán)千萬門級高性能FPGA研發(fā)制造能力的企業(yè)。上海復(fù)旦微電子于2018年5月推出自主知識產(chǎn)權(quán)億門級FPGA產(chǎn)品。中國FPGA企業(yè)緊跟大廠步伐，布局人工智能、自動駕駛等市場，打造高、中、低端完整產(chǎn)品線。 中國FPGA企業(yè)競爭突破口：現(xiàn)階段中國FPGA廠商芯片設(shè)計軟件、應(yīng)用軟件不統(tǒng)一，易在客戶端造成資源浪費，頭部廠商可帶頭集中產(chǎn)業(yè)鏈資源，提高行業(yè)整體競爭力。

紫光同創(chuàng)：推出自主知識產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模FPGA開發(fā)軟件Pango DesignSuite，可支持千萬門級FPGA器件設(shè)計開發(fā)。 高云半導(dǎo)體：推出中國首顆55nm嵌入式Flash SRAM非易失性FPGA芯片，實現(xiàn)可編程邏輯器件、嵌入式處理器無縫連接。 安路科技：開展28nm、12nm千萬門級、五千萬門級FPGA、SoCFPGA研發(fā)工作，自主開發(fā)HDL描述至片上調(diào)試的完整系統(tǒng)。 遨格芯微：推出中國首個通用FPGA產(chǎn)品系列，在軟件及硬件引腳封裝等方面保持較高相互兼容性，支持低中高端嵌入式應(yīng)用和升級。 復(fù)旦微電子：集成專用超高速串并轉(zhuǎn)換模塊、高靈活可配置模塊、等適用億門級FPGA應(yīng)用的模塊電路。 智多晶：實現(xiàn)55nm、40nm工藝中密度FPGA量產(chǎn)，自主研發(fā)FPGA開發(fā)軟件“HqFpga”, 支持布局布線、時序分析、內(nèi)邏輯分析等任務(wù)。 京微齊力：采用40納米工藝芯片應(yīng)用于智能穿戴設(shè)備領(lǐng)域，具備100項以上FPGA專利及專有技術(shù)（國際專利）授權(quán)及二次開發(fā)權(quán)。 聯(lián)捷科技：研發(fā)基于CNN的圖片分析技術(shù)，推出FPGA加速方案，可將基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉識別速度提升兩倍。 深維科技：側(cè)重于FPGA AI應(yīng)用開發(fā)，團隊具備Cadence、IBM、中科院等大廠經(jīng)驗，產(chǎn)品工程能力占據(jù)優(yōu)勢。 傲睿智存：提供新型FPGA視頻轉(zhuǎn)解碼服務(wù)，無需更換、添加硬件即可支持深度學(xué)習(xí)應(yīng)用直接開發(fā)。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：AMD和英特爾的對決，一文看懂FPGA產(chǎn)業(yè)鏈及市場格局

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