电子行业FPGA：“万能”芯片点燃成长新动力，国产替代未来可期

请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 [Table_Main] 证券研究报告 | 行业深度 电子 2023 年 08 月 14 日 电子 优于大市（首次） 证券分析师 陈海进 资格编号：S0120521120001 邮箱：chenhj3＠tebon.com.cn 陈蓉芳 资格编号：S0120522060001 邮箱：chenrf＠tebon.com.cn 研究助理 市场表现 相关研究 1.《电子周观点：关注顺周期被动元件，以及 DDR5 和汽车智能化下沉机会》，2023.8.13 2.《GPU 龙头产品迭代不断，产业链各环节持续催化》，2023.8.10 3.《天准科技（688003.SH)：明场检测设备交付，半导体业务迎里程碑》，2023.8.10 4.《电子周观点：关注顺周期被动元件，以及华为链和 4D 雷达创新方向》，2023.8.6 5.《电子周观点：存储有望量价修复， 智能驾驶强强联合》，2023.7.30 FPGA：“万能”芯片点燃成长新动力，国产替代未来可期 [Table_Summary] 投资要点：  灵活性、低功耗、并行计算优势铸就不可替代性，FPGA 是未来数据中心的关键。FPGA 最大的特点是可编程性，用户在使用过程中可以通过软件灵活地配置芯片内部的资源，以实现不同的电路功能；同时，FPGA 因其结构特点而适用于并行计算，且以更低的功耗主打能耗比、性价比优势。我们看好 FPGA 在数据中心的增长潜力主要由于：（1）芯片层面：芯片制造工艺所遇到的功耗瓶颈问题使得暗硅效应产生，基于 CPU+GPU 以及 CPU+FPGA 的异构成为未来高性能计算的发展趋势；（2）数据中心层面：超算数据中心性能飞速提升，带来严重的能源成本与散热压力问题，相较于 GPU，FPGA 能够为数据中心提供更高的能耗比和性价比。  市场空间超行业预期，数据中心为 FPGA 市场再添新动力。相较于其他逻辑芯片而言，FPGA 在灵活性、性能、功耗、成本之间具有较好的平衡，在工业控制、网络通信领域有广泛的应用，两大领域合计占有中国 FPGA 市场空间的 73%（2019年）。数据中心是未来 FPGA 市场增长的新动力，据 Semico 预测，FPGA 加速器市场有望从 2018 年的 10 亿美元增长至 2023 年超过 50 亿美元。2022 年，受益于数据中心行业发展的驱动，FPGA 市场规模迎来爆发式增长，同比增速接近30%，远超 Frost&Sullivan 所预期的 15.7%增速值。根据 FPGA 龙头厂商 Intel（Altera）于 2023 年年中给出的市场预测，2023 年市场增长预计将超过 16%，未来 5 年的增长势头向好，预计将继续保持 10%以上的复合年均增长率。  FPGA 国产替代：从硬件实力到软件生态，关关难过关关过。国产 FPGA 与国际龙头实力悬殊，主要体现在：（1）发展历史：国际龙头大多创立于上个世纪 80 年代，积累至今已形成全面覆盖从数十 K 至数千 K 个逻辑单元量级、从低端到高端的全系列、全领域产品线。国产 FPGA 尚处于中低端市场耕耘与拓展阶段。（2）竞争格局：国际龙头占据全球市场绝对份额，2019 年全球前四大 FPGA 厂商合计占据 94.4%的市场份额，国产化率尚且较低。（3）硬件水平：国际龙头已进入 7nm制程，且已采用更为前沿的存储与互连技术。国产仍处于 28nm 向 1Xnm 研发的过程中。（4）软件水平：海外 FPGA 厂商已建立成熟的 EDA 软件生态环境，国产FPGA 厂商也有自研 EDA 工具，软件层面的研发投入未来仍将占据较大比重。  FPGA 国产替代：机遇和挑战并存，前路漫漫亦灿灿。我们看好 FPGA 国产替代的原因包括：（1）国际龙头未来预计将配合母公司数据中心战略重点发力高端市场，中端 FPGA 市场占位机遇出现；（2）中国 FPGA 市场仍以低端容量和中端制程为主，国产 FPGA 可触达市场空间依然广阔；（3）国产 FPGA 厂商开始崛起，据我们测算，主要国产 FPGA 设计公司合计营业收入自 2018 年的 2 亿元增长至2022 年的 33 亿元，中高端 FPGA 新品也已布局研发，国产替代加速进行中。我们认为国产替代进程：短期内可关注国产 FPGA 厂商已触达的中低端市场景气程度、以及各家厂商的客户拓展，我们认为中低端市场国产替代大有可为；长期来看，国产 FPGA 厂商在 28nm 以下新产品的研发进展对高端市场的拓宽至关重要，有望成为国产 FPGA“第二成长曲线”。  风险提示：数据中心对 FPGA 行业驱动力不及预期风险，其他传统下游应用领域需求不足风险；国产替代进展不及预期风险；竞争加剧风险。 -18%-15%-11%-7%-4%0%4%2022-082022-122023-04沪深300 行业深度 电子 2 / 32 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 内容目录 1. FPGA：芯片设计的“万能”积木 ...................................................................................... 6 1.1. 如何理解 FPGA 的硬件结构？ ............................................................................. 6 1.2. FPGA 特点：灵活性高，适用于并行计算............................................................. 7 1.3. 前沿技术：关注 HBM 高带宽存储与 NoC 片上网络互连 ..................................... 9 1.3.1. HBM：兼顾高容量和大带宽，是弥合内存层次结构中关键缺口的存储类型 9 1.3.2. 互连：片上资源互连复杂性催生 NoC 架构应用 ........................................ 10 2. 市场空间超行业预期，FPGA 迎来爆发时刻 ............................................................... 14 2.1. 驱动力：数据中心蓬勃兴起，FPGA 行业成长再添新动力 ................................