2021年FPGA芯片行業(yè)市場投資環(huán)境評估可行性研究及細分市場規(guī)模分析預測

?

（1）FPGA芯片介紹：

1）FPGA芯片概況：FPGA芯片屬于邏輯芯片大類。邏輯芯片按功能可分為四大類芯片：通用處理器芯片（包含中央處理芯片CPU、圖形處理芯片GPU，數(shù)字信號處理芯片DSP等）、存儲器芯片（Memory）、專用集成電路芯片（ASIC）和現(xiàn)場可編程邏輯陣列芯片（FPGA）。與其他三類集成電路相比，F(xiàn)PGA芯片的最大特點是現(xiàn)場可編程性。無論是CPU、GPU、DSP、Memory還是各類ASIC芯片，在芯片被制造完成之后，其芯片的功能就已被固定，用戶無法對其硬件功能進行任何修改。而FPGA芯片在制造完成后，其功能并未固定，用戶可以根據(jù)自己的實際需要，將自己設計的電路通過FPGA芯片公司提供的專用EDA軟件對FPGA芯片進行功能配置，從而將空白的FPGA芯片轉(zhuǎn)化為具有特定功能的集成電路芯片。每顆FPGA芯片均可以進行多次不同功能配置，從而實現(xiàn)不同的功能。因此，就FPGA芯片公司而言，不僅需要提供芯片，還需要提供FPGA專用EDA軟件來對芯片進行配置。所以FPGA芯片公司不僅僅是集成電路設計企業(yè)，還必須是集成電路EDA軟件企業(yè)。

與其他三類集成電路相比，F(xiàn)PGA芯片產(chǎn)品于20世紀80年代中期面世，發(fā)展歷史相對較短。早期的FPGA芯片由于設計、制造難度較大、價格昂貴且性能遠遠落后于專用集成電路，因此應用比較有限，一般被集成電路設計公司或者研究機構用于產(chǎn)品原型的驗證。隨著FPGA技術本身的飛速發(fā)展，以及半導體制造工藝的不斷演進，當前FPGA的價格和性能已經(jīng)能夠和專用集成電路競爭，又由于其可反復改寫的靈活性，全球FPGA產(chǎn)業(yè)在2000年以后有了大幅度的成長。根據(jù)中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年，全球FPGA的年銷售額已超過60億美元。預計到2025年，全球FPGA市場將超過120億美元。

中金企信國際咨詢公布的《2021-2027年中國FPGA芯片市場分析及投資戰(zhàn)略研究預測可行性報告》

2）FPGA芯片的主要應用場景：FPGA芯片是通過現(xiàn)場編程實現(xiàn)任意電路功能的通用集成電路芯片，芯片出廠時沒有特定的功能，通過FPGA專用EDA軟件現(xiàn)場對硬件進行編程就可以實現(xiàn)具體用戶需要的功能。FPGA芯片因為其現(xiàn)場可編程的靈活性和不斷提升的電路性能，下游應用領域非常豐富，包括工業(yè)控制、網(wǎng)絡通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等領域，這些領域需求增長明確，發(fā)展空間廣闊。

（2）FPGA芯片市場概況：FPGA芯片具有靈活性高、應用開發(fā)成本低、上市時間短等優(yōu)勢使其應用場景覆蓋了包括工業(yè)控制、網(wǎng)絡通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車電子、人工智能等廣泛的下游市場，根據(jù)中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從2016年的約43.4億美元增長至2020年約60.8億美元，年均復合增長率約為8.8%。未來，隨著全球新一代通信設備部署以及人工智能與自動駕駛技術等新興市場領域需求的不斷增長，F(xiàn)PGA市場規(guī)模預計將持續(xù)提高。預計全球FPGA市場規(guī)模將從2021年的68.6億美元增長至2025年的125.8億美元，年均復合增長率約為16.4%。

2016-2025年全球FPGA市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

????????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

近幾年中國FPGA市場持續(xù)擴大增長，根據(jù)中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國FPGA市場從2016年的約65.5億元增長至2020年的約150.3億元，年均復合增長率約為23.1%。隨著國產(chǎn)替代進程的進一步加速，中國FPGA市場需求量有望持續(xù)擴大。根據(jù)中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)，預計到2025年，中國FPGA市場規(guī)模將達到約332.2億元。

2016-2025年中國FPGA市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

????????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

（3）工業(yè)行業(yè)FPGA芯片市場概況：工業(yè)領域是FPGA芯片的主要應用市場之一，中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2020年應用于該領域的FPGA芯片中國市場銷售額將達到47.4億元，占中國FPGA芯片市場份額的31.5%，2021年至2025年年均復合增長率將達到16.1%。

2016-2025年中國FPGA工業(yè)領域市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

???????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

FPGA芯片在工業(yè)領域應用非常廣泛，大量應用在視頻處理、圖像處理、數(shù)控機床等領域?qū)崿F(xiàn)信號控制和運算加速功能。隨著智能化與自動化技術的發(fā)展，工業(yè)領域也正逐漸從以人力資源為核心要素轉(zhuǎn)向以自動化為核心要素的智能化無人工廠。受益于工業(yè)智能化、無人化的發(fā)展趨勢，F(xiàn)PGA芯片高效能、實時性、高靈活性的特點使其在工業(yè)領域得到了廣泛應用。此外，F(xiàn)PGA芯片的這些優(yōu)勢也使其在LED顯示屏領域得到了廣泛的應用。

以數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)為例，相較傳統(tǒng)的只能控制單一馬達的專用芯片，F(xiàn)PGA芯片可以做到多通道的馬達控制。目前驅(qū)動馬達所消耗的電力占據(jù)了全球能源消耗的很大部分，在節(jié)能環(huán)保的趨勢下，未來各類能夠精準控制馬達并可以在單一芯片上實現(xiàn)控制多個馬達的FPGA芯片將在工業(yè)控制領域得到更多應用。

最后，集成嵌入式CPU的現(xiàn)場可編程系統(tǒng)級芯片將軟件編程控制、硬件編程控制、硬件并行運算的功能整合到單芯片中，具有很大的靈活性和高度的集成性，已經(jīng)展現(xiàn)出強大的設計優(yōu)勢，為單芯片解決工業(yè)應用中多種需求提供了更好的系統(tǒng)方案，可以完成智能制造、智慧醫(yī)療、安防監(jiān)控、電力控制、軌交控制等應用中從簡單到復雜的各種控制和計算功能。

（4）網(wǎng)絡通信行業(yè)FPGA芯片市場概況：網(wǎng)絡通信領域是FPGA芯片的主要應用市場之一，中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2020年應用于該領域的FPGA芯片中國銷售額將達到62.1億元，占中國FPGA芯片市場份額的41.3%，2021年至2025年年均復合增長率將達到17.5%。

2016-2025年中國FPGA通信領域市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

????????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

FPGA芯片目前被大量應用在無線通信和有線通信設備中，實現(xiàn)接口擴展、邏輯控制、數(shù)據(jù)處理、單芯片系統(tǒng)等各種功能。在有線通信領域，F(xiàn)PGA芯片被應用于數(shù)據(jù)接入、傳送、路由器、交換機的多種電路板中，以實現(xiàn)信號控制、傳輸加速等各種功能。在無線通信領域，F(xiàn)PGA芯片被應用在無線通信基站和射頻處理單元的多種電路板中，以實現(xiàn)通信協(xié)議的各種功能和未來升級需求，集成CPU的現(xiàn)場可編程系統(tǒng)級芯片產(chǎn)品被應用在室外微基站、室內(nèi)微基站等無線網(wǎng)絡通信中，以單芯片完成商業(yè)、住宅、工廠區(qū)域的多模覆蓋、網(wǎng)絡容量增加、人工智能計算等多樣性功能需求。在網(wǎng)絡通信領域，F(xiàn)PGA芯片得到大規(guī)模運用主要是由于其具有高度的靈活性、極強的實時處理和并行處理能力，大大加強了通信設備的處理能力。

在無線通信系統(tǒng)中，許多功能模塊通常都需要大量的濾波運算，這些濾波函數(shù)往往需要大量的乘和累加操作。FPGA芯片內(nèi)在的分布式邏輯和運算單元結構使其可以較容易地實現(xiàn)分布式的算法結構，因此可以有效地實現(xiàn)這些乘和累加操作，使其可以實現(xiàn)通信過程中大量的高速數(shù)字信號處理功能。相較于其他類型芯片，F(xiàn)PGA芯片一方面依靠其運算速度可以有效滿足通信領域高速的通信協(xié)議處理需求，另一方面又可依靠其靈活性以適應通信協(xié)議持續(xù)迭代的特點。此外，F(xiàn)PGA芯片對于復雜信號、多維信號的處理能力較強，可較好適應日益復雜的網(wǎng)絡環(huán)境。基于以上特點，F(xiàn)PGA芯片已被大規(guī)模應用于通信領域。

（5）消費電子行業(yè)FPGA芯片市場概況：消費電子是FPGA芯片的新興應用市場之一，中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2020年應用于該領域的FPGA芯片中國銷售額將達到9.4億元，占中國FPGA芯片市場份額的6.3%，2021年至2025年年均復合增長率將達到13.0%。

2016-2025年中國FPGA消費電子領域市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

???????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

在消費電子領域，F(xiàn)PGA芯片可用于智能手機、無人機、智能電視、AR/VR設備中。在消費電子產(chǎn)品的設計中，很多情況下視頻、音頻等信息均需要與運算芯片進行數(shù)據(jù)通信。比如，在視頻領域，攝像頭需要將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給計算芯片處理，或者將處理后的結果傳遞給屏幕進行顯示等。但由于各種設備內(nèi)部的信號協(xié)議都不盡相同，傳統(tǒng)的設計中往往需要專用的接口芯片進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。如果單一設備需要的接口較多，就需要較多的外圍芯片，其體積、功耗都較大，在采用FPGA芯片方案后，單一FPGA芯片可以實現(xiàn)各種存儲接口的控制，接口邏輯就都可以在FPGA芯片內(nèi)部實現(xiàn)，大大簡化了外圍電路的設計。

此外，由于終端消費者對產(chǎn)品的性價比較為關注，消費電子市場對于產(chǎn)品的成本和功耗要求較為嚴苛，在保持甚至提高產(chǎn)品性價比的同時，提高產(chǎn)品的差異化程度是消費電子廠商制勝的關鍵。為突顯產(chǎn)品的差異化，將創(chuàng)新功能引入到產(chǎn)品中，且盡可能地避免復雜功能為應用處理器帶來更高的功耗，消費電子廠商目前形成了一種類似協(xié)處理器、功能簡單、功耗低、性價比高的解決方案，該方案將FPGA芯片做為主要芯片之一，為FPGA芯片在消費類電子市場的發(fā)展提供了良好的機遇。

最后，F(xiàn)PGA芯片的可編程特性使得產(chǎn)品具有獨特的靈活性，可應用于不同的消費類產(chǎn)品，并且FPGA芯片的開發(fā)周期較短，也能夠較好的匹配消費電子產(chǎn)品迭代周期快，新產(chǎn)品開發(fā)時間要求高的需求，因此，F(xiàn)PGA芯片被逐漸應用于消費電子板塊。

（6）數(shù)據(jù)中心行業(yè)FPGA芯片市場概況：數(shù)據(jù)中心是FPGA芯片的新興應用市場之一，中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2020年應用于該領域的FPGA芯片中國銷售額將達到16.1億元，占中國FPGA芯片市場份額的10.7%，2021年至2025年年均復合增長率將達到16.6%。

2016-2025年中國FPGA數(shù)據(jù)中心領域市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

????????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

數(shù)據(jù)中心是全球協(xié)作的特定設備網(wǎng)絡，用來在網(wǎng)絡基礎設施上傳遞、加速、展示、計算、存儲數(shù)據(jù)信息。服務器和存儲器作為數(shù)據(jù)中心的通用基礎設備，為了應對復雜多變的應用情景，需要FPGA芯片實現(xiàn)邏輯控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、功能擴展、系統(tǒng)升級等功能。

在數(shù)據(jù)中心運算處理領域，相比于CPU，F(xiàn)PGA芯片由于其無指令、無需共享內(nèi)存的體系結構，能夠同時提供強大的計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芯片在性能、靈活性、同構性、成本和功耗等五個方面可以達到出色的平衡。FPGA芯片在數(shù)據(jù)中心領域主要用于硬件加速，數(shù)據(jù)中心使用FPGA芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CPU方案后，處理其自定義算法時可實現(xiàn)顯著的加速效果。因此從2016年開始，微軟Azure、亞馬遜AWS、阿里云的服務器上都開始部署FPGA加速器用于運算加速。在云計算大面積應用的背景下，未來數(shù)據(jù)中心對芯片性能的要求將進一步提高，更多數(shù)據(jù)中心將采納FPGA芯片方案，這將提高FPGA芯片在數(shù)據(jù)中心芯片中的價值占比。

（7）汽車電子行業(yè)FPGA芯片市場概況：汽車電子是FPGA芯片的新興應用市場之一，中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2020年應用于該領域的FPGA芯片中國銷售額將達到9.5億元，占中國FPGA芯片市場份額的6.3%，2021年至2025年年均復合增長率將達到22.7%。

2016-2025年中國FPGA汽車領域市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

????????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

隨著汽車電子的不斷發(fā)展，以及電動汽車、智能汽車的興起，F(xiàn)PGA在汽車中的應用越來越廣泛，扮演著越來越重要的角色。FPGA在汽車電子中的應用主要有以下幾個領域。在系統(tǒng)接口及控制領域，F(xiàn)PGA芯片用于控制和驅(qū)動電動汽車電機控制系統(tǒng)，連接駕駛系統(tǒng)、儀表盤、雷達、超聲波傳感器等各種車載設備，實現(xiàn)激光雷達、毫米波雷達等信號處理和控制。在視頻橋接和融合領域，F(xiàn)PGA芯片可用于實現(xiàn)多個圖像傳感器的信號橋接、3D環(huán)視視頻融合、倒車輔助視頻、輔助駕駛視頻等功能。在輔助駕駛和自動駕駛領域，F(xiàn)PGA芯片可用于實現(xiàn)機器視覺與目標檢測等各種功能。

相較其他通用芯片方案，F(xiàn)PGA方案在輔助駕駛的視頻分析功能中可采用超低延時精確算法對來自車輛攝像機的實時視頻輸入信號進行分析，及時做出判斷，并且FPGA方案可以在不進行重新設計的前提下實現(xiàn)重新編程，以適應不斷發(fā)展的算法，從而縮短整體方案的開發(fā)周期。FPGA芯片的這些優(yōu)勢為快速增長的各種汽車電子應用需求提供了靈活的低成本高性能解決方案。在高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、汽車信息娛樂系統(tǒng)等新興汽車電子領域，F(xiàn)PGA芯片成功地應對了自動駕駛要求的快速演變，成為提升用戶駕駛體驗和信息娛樂體驗不可或缺的一部分。

（8）人工智能行業(yè)FPGA芯片市場概況：人工智能是FPGA芯片的新興應用市場之一，中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2020年應用于該領域的FPGA芯片中國銷售額將達到5.8億元，占中國FPGA芯片市場份額的3.9%，2021年至2025年年均復合增長率將達到16.9%。

2016-2025年中國FPGA人工智能領域市場規(guī)模現(xiàn)狀及預測

?

????????數(shù)據(jù)統(tǒng)計：中金企信國際咨詢

人工智能算法的硬件芯片實現(xiàn)分為云側(cè)處理和端側(cè)處理，其中，云側(cè)處理又可分為訓練和推斷兩大任務。在云側(cè)與端側(cè)的不同任務中，F(xiàn)PGA芯片均已與GPU及ASIC等芯片一起成為人工智能處理芯片的重要選擇之一。在云側(cè)處理時，F(xiàn)PGA芯片由于其高度靈活性及強大的并行運算能力，在人工智能領域的推斷任務處理上具有廣闊的前景和巨大的潛力。和GPU及ASIC芯片相比，F(xiàn)PGA芯片內(nèi)在并行處理單元達到百萬級，可以做到真正并行運算，其可編程性又可實現(xiàn)靈活搭建數(shù)據(jù)處理流水線，因此運算速度快，數(shù)據(jù)訪問延遲低，較為適合人工智能的實時決策需求。

在端側(cè)處理領域，隨著智能終端對實時響應和多樣化應用的需求，越來越多的推斷任務被轉(zhuǎn)移到端側(cè)來完成，F(xiàn)PGA芯片可實現(xiàn)快速推斷決策的特點也使其可廣泛應用于該領域。為實現(xiàn)推斷任務的轉(zhuǎn)移，目前人工智能算法模型發(fā)展的重要趨勢是將訓練后的模型進行壓縮后應用到推理環(huán)節(jié)。因此，F(xiàn)PGA芯片具有的現(xiàn)場可編程、可實現(xiàn)定制功能、高吞吐量和低延遲等特點有效地滿足了用戶對各種神經(jīng)網(wǎng)絡設計的要求，成為適配各種經(jīng)過壓縮優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡部署和升級的理想選擇。