芯片行业之浅谈FPGA芯片

FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)是数字芯片的一个子门类，现场可编程性是FPGA的最大特点，CPU、GPU等芯片在被制造完成后，其功能就已被固定，而FPGA在制造完成后，可以根据用户需要，通过EDA软件配置特定电路，从而赋予其特定功能。FPGA的可编程技术是基于闪存、反熔丝和静态存储器实现的。

图:FPGA在数字芯片中所在位置

资料来源:《FPGA原理和结构》，中信建投

FPGA 由可编程的逻辑单元(Logic Cell)、和外部进行信号交互的输入输出单元(Input Output Block)与连接前两种元素的开关连线阵列(Switch Box)共三个部分构成。从产品发展角度，先进工艺(制程)、先进封装可以提升FPGA容量，而同工艺下优化基础单元LC的设计及其他系统设计可以提升FPGA的性能，同时软件的持续优化、丰富的软核IP库也是不同厂商竞争力高低的体现。

数据中心建设、人工智能和自动驾驶等新兴市场的加速发展，带动了FPGA需求持续增长。根据Gartner预测，2020-2026年全球FPGA市场规模从55.85亿美元增至96.9亿美元，年均复合增长率为9.6%。另根据Frost&Sullivan预测，2021-2025年中国FPGA市场规模预计将从176.8亿元增至 332.2亿元，年均复合增长率为17.1%，中国FPGA市场增速高于全球。

 图:中国FPGA市场规模预测

资料来源: Frost&Sullivan,中信建投

从下游市场角度，FPGA芯片下游涉及通信、工业、军工/航天、汽车和数据中心等领域，其中通信市场占比最高，且有望持续提升，而在以上领域中，汽车预计增速最快。

目前，FPGA行业集中度较高，根据Gartner数据，Xilinx、Intel、Lattice、Microchip 这4家美国公司共占据全球93%市场份额，国内FPGA厂商在2021年占据国内16%市场份额，国产替代空间广阔。

图:2021年全球FPGA市场份额(收入口径)

资料来源: Gartner,摩根斯坦利,中信建投

目前，国内FPGA厂商在产品丰富度与技术实力与国际头部大厂存在较大差距，如14 nm 及以下的先进制程产品区间国内几乎真空，而国内公司在28nm制程的产品矩阵丰富度亦不及海外巨头，叠加国内产品在逻辑容量等方面的性能差距等，提升空间较大；同时国内市场容量广阔，目前Xilinx在中国营收占比超30%，Lattice占比超50%，中国均是其最大营收地区，近期国际大厂纷纷提价，国内厂商对应可替代的市场空间充足。

综上，无论是具有不断迭代新增需求的民用市场，还是出于国家安全考量，有极大自主可控需求的特种市场，FPGA都有较好的国产替代前景，国内FPGA厂商成长空间广阔。

从芯片行业整体来看，今年以来，芯片行业景气度走弱，明年随着半导体行业下行周期逐渐进入后半段，芯片部分下游细分领域已逐渐出现需求复苏迹象，关注芯片行业左侧布局机会，建议关注国证半导体芯片指数。