电子：“FPGA五问五答”系列报告三-FPGA在各行业究竟用在哪里？未来哪个下游最有机会？

敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 行业研究 东兴证券股份有限公司证券研究报告 FPGA在各行业究竟用在哪里？未来哪个下游最有机会？ ——“FPGA五问五答”系列报告三 2023 年 12 月 25 日 看好/维持 电子 行业报告 分析师 李美贤 电话：13718969817 邮箱 limx_yjs@dxzq.net.cn 执业证书编号：S1480521080004 投资摘要： FPGA 目前是一个全球 80 亿+美元的市场，28 年增长至接近 200 亿美元（CAGR 15%+），由中国市场引领增长。当前，中国 FPGA市场规模约为 16 亿美元，预计 28 年规模约为 45 亿美元，复合增速 18%，高于全球其他地区。 在我们的 FPGA 五问五答系列报告一和二中，我们指出 FPGA 无可比拟的灵活性，以及确定性的低时延优势，是 FPGA 为客户提供的独一无二的价值。作为本系列第三篇报告，我们将重点回答同样是投资人经常问及的问题：FPGA 在替代什么？未来是什么因素支撑 FPGA 的成长？FPGA 在每个下游都用在哪里？FPGA 的国产替代空间有多大？ 复盘 1984-2022，FPGA 是怎么成长的？自从 1984 年发明以来到 90 年代之前，受限于当时的晶圆制造的技术，价格昂贵的 FPGA一直只在胶合逻辑领域使用。直到 90 年代初，FPGA 突破了门级数的限制，才开始脱离粘合逻辑的场景，逐步开始替代 ASIC。1995-2000 年，FPGA 扩展到通信和网络下游，获得广泛的无线基站和数通网络设备的订单。进入 00 年后，FPGA 从高端的通信市场下沉至低成本的消费电子市场，小容量的 FPGA 对 CPLD 和低成本 ASIC 市场、以及高性能 FPGA 对 DSP 的替代，支撑了 FPGA市场 2000-2010 年的成长。2010 年后，随着以 AlexNet 为代表的的神经网络模型问世，FPGA 在人工智能、加速计算找到新方向和成长逻辑，AI 成为 FPGA 龙头赛灵思增速最快的下游。 FPGA 在低时延处理拥有巨大的优势。CPU 擅长复杂的控制，在高并行计算中，FPGA 的时延优势更突出。FPGA 相比 CPU 的时延优势来自于以下三个方面：1）FPGA 是硬件编程电路，无需指令集，减少了 CPU 的取指、译码等步骤耗费的时间；2）高并行的架构，数十万个 CLB 可以同步执行；3）避免了 CPU 在分支预测、乱序执行等模块上耗费的时间。 FPGA 未来增长的驱动力？电信、数据中心&AI、国防&航空航天、汽车四大下游，愈发增长的低时延处理和高灵活的变化场景驱动 FPGA 成长。通信是 FPGA 最重要的市场，主要用在无线网络、有线通信、原型验证；在汽车领域，FPGA 主要用于 ADAS 的传感器融合领域，激光雷达信号处理主芯片，配合 SoC 完成座舱域信号桥接，以及车身的电机控制，未来汽车低时延和高度灵活的处理需求正在不断提升对 FPGA 的需求；工业领域不断提升的精确控制需求正在驱动 FPGA 的成长，FPGA 可以完成精确、无抖动的伺服驱动，实时的工业相机图像处理，亦常用于仪器仪表的信号处理，激光加工领域的电控系统，此外，FPGA 高灵活度可以适应工业通信中不断演进的 TSN 标准。在半导体仿真领域，当代最大的 FPGA 往往用于 Nvidia 的 GPU 等超大型芯片的原型设计和验证；FPGA 在医疗领域常用于医疗影像的实时处理，例如超声、CT、MR 等设备的实时高清成像，增长来自于医疗影像的高清化对实时处理能力的需求。LED 显示和桥接是 FPGA 在消费电子领域密集使用到的场景，随着视频清晰度和实时传输的要求提升，多媒体&广播对 FPGA 的需求在提升。FPGA 在国防和航空航天有着非常普遍的应用，常用于导弹和雷达，民航、无人机/反无人机、卫星以及火星等太空探索项目，未来增长主要驱动力来自于精确打击武器和卫星通信的发展。在数据中心&AI，FPGA 的增长驱动力主要来自于低时延推理的需求。FPGA 的高并行、低时延、低功耗的特性非常适合需要实时推理的场景，例如，使用 Zynq 则可实现压缩后的 YOLOv7 模型，在 30 帧率下实现 15ms 的低时延推理。除此之外，FPGA 在数据中心常用于计算加速，比如云计算的加速实例、金融的高频/低时延的交易系统处理，FPGA 还广泛应用于数据中心的互联、存储控制系统。 对于国产厂商来说，28nm 是最需要抓住的市场，16nm 制程是考虑到未来 5-10 年增长必须首先占据优势的位置。目前，500K以内的 FPGA 占中国 70%的市场，60%以上的市场是 28-90nm 的 FPGA。尽管如此，全球 FPGA 的制程正在向 16nm 过渡。2028 年，20-90nm FPGA 的市场占比将从 2019 年的 49%降至 46%，而≤16nm 的 FPGA 将从 36%提升至 44%。 目前，我们估算 FPGA 国产化率达到 8.4%，2028 年国产 FPGA 合计收入有望超 200 亿元人民币，国产化率将达到 16%。国产 FPGA在低容量可以快速替代，中端 FPGA 可以渐进替代，高端 FPGA 目前处于从 0-1 的突破阶段。我们测算，2022 年，以全球 83 亿美元 FPGA 市场计算，国产 FPGA 全球市占率合计达到 8.4%。2028 年，国产厂商合计收入将有望达到 214 亿元人民币，届时全球市场份额将达到 16%。 风险提示：下游需求不及预期，中美贸易摩擦加剧。 东兴证券深度报告 FPGA 在各行业究竟用在哪里？未来哪个下游最有机会？——“FPGA 五问五答”系列报告三 P3 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 目 录 1. 复盘 1984-2022：FPGA 市场是如何成长的？未来成长的驱动力？ ................................................................................ 4 2. FPGA 在每个下游的增长驱动力？ .................................................................................................................................. 6 3. FPGA 在低时延场景的巨大优势 ...................................................................................................................................... 8 4. FPGA 在每个下游市场究竟用在哪里？ ............................................................................................................