作者 | 昨辰

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核心看點：

1、FPGA下遊應用場景廣泛，需求穩健增長，未來在5G、AI、數據中心、自動駕駛等高算力需求推動下，FPGA芯片市場需求量增長具確定性，據 Frost&Sullivan預計，全球 FPGA 市場規模2025年將有望達到125.8億美元，16-25年平均CAGR約爲 11%；

2、相較CPU、GPU、ASIC 等產品，FPGA芯片利潤率較高：中低密度百萬門級、千萬門級 FPGA 芯片研發企業利潤率接近 50%，高密度億門級 FPGA 芯片研發企業利潤率近 70%，賽靈思近十個季度的毛利率保持在65%以上，高於英偉達和AMD同期毛利率；

3、FPGA進入壁壘較高，需軟硬件協同開發：FPGA 專用 EDA 軟件技術壁壘高，硬件結構複雜且良率低，使得全球FPGA市場呈雙寡頭壟斷競爭格局，其中，賽靈思市佔率常年超一半，與Intel（Altera）合計佔80%以上的市場份額，行業馬太效應明顯；

4、受益於5G、AI、自動駕駛等技術演進以及數據中心的發展推動市場規模擴張，近兩年FPGA龍頭賽靈思實現營收V型反轉，FY22Q2營收、毛利、淨利均保持雙位數同比增長；

5、5G時代來臨，預計5G移動通信基站未來市場建設規模爲千萬級別，再加上FPGA的定價與片上資源正相關，未來單價有望進一步提高，因此，作爲5G基礎設施和終端設備的核心零部件，FPGA有望實現量價齊升；

6、由於其靈活性及高速運算能力，FPGA在AI加速卡領域應用廣泛，受益於人工智能領域的廣闊發展前景，未來應用於AI領域的FPGA 需求量將持續向好；

7、數據中心FPGA主要用於硬件加速，低延遲+高吞吐奠定了FPGA 的核心優勢，相比傳統的 CPU 方案後，採用FPGA方案處理自定義算法可實現顯著的加速效果，從 2016 年開始，微軟 Azure、亞馬遜 AWS、阿裏雲的服務器上都開始部署 FPGA 加速器；

8、採用FPGA的異構計算平臺，能夠處理因傳感器數量增多所帶來的數據爆炸性增長，縮短將多傳感器同步和融合所帶來的系統整體響應時間，並提升靈活性和擴展性，實現從邊緣傳感器到域控制器的可擴展性，同時提供動態重編程能力，降低系統成本與損耗，20年6月中旬，FPGA龍頭賽靈思已有約7000萬顆汽車芯片用於ADAS中；

9、未來，在5G浪潮推動下，FPGA有望實現量價齊升，同時FPGA龍頭賽靈思也將持續受益於AI、數據中心、自動駕駛等FPGA應用市場的需求放量。

作爲邏輯芯片的分支之一，FPGA（Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）芯片基於可編程器件（PAL、GAL）發展而來，是半定製化、可編程的集成電路，被稱爲“萬能芯片”。FPGA具備現場可編程性（靈活性高），上市時間短（節省流片週期），成本低於完全定製化的ASIC（節省流片費用），相較通用型產品擁有更大的並行度等優勢。

FPGA下遊應用場景廣泛，需求穩健增長，主要覆蓋網絡通信（5G）、工業物聯網、消費電子、數據中心、汽車電子（自動駕駛）、人工智能（AI）等領域。其中，網絡通信、消費電子、汽車電子是其主要應用場景，佔比總需求 80%以上。未來在5G、AI、數據中心、自動駕駛等高算力需求推動下，FPGA芯片市場需求量增長具確定性。另外，隨着Intel、AMD等公司逐步在高算力場景中將CPU與FPGA結合，加大對異構計算的投入，全球 FPGA市場規模還會進一步打開。據 Frost&Sullivan預計，全球 FPGA 市場規模2025年將有望達到125.8億美元，16-25年平均CAGR約爲 11%。

相較CPU、GPU、ASIC 等產品，FPGA 芯片利潤率較高。據悉，中低密度百萬門級、千萬門級 FPGA 芯片研發企業利潤率接近 50%，高密度億門級 FPGA 芯片研發企業利潤率近 70%。如下圖所示，賽靈思近十個季度的毛利率保持在65%以上，高於英偉達和AMD同期毛利率。

FPGA進入壁壘較高，需軟硬件協同開發：FPGA 專用 EDA 軟件技術壁壘高，硬件結構複雜且良率低，因此全球FPGA市場常年處於雙寡頭壟斷競爭格局，前四大巨頭爲Xilinx、Intel（Altera）、Lattice和Microchip，CR4≥90%。其中，賽靈思在全球FPGA的市場份額常年在50%以上，Top1集中度僅次於 PC CPU、GPU 市場，與Intel（Altera）合計佔80%以上的FPGA市場份額，行業馬太效應明顯。

FPGA兩大重要指標：工藝製程和邏輯門密度

FPGA需求結構目前仍以 28nm以上製程與100K 以下邏輯單元爲主。

在工藝製程方面，由於具備較高的性價比和良品率，28-90nm製程的FPGA芯片佔據主要地位。而先進製程則具有更低功耗和更高性能，預計28nm以下製程的FPGA芯片將進入快速發展時期。在邏輯門密度方面，目前 100K 以下邏輯單元的 FPGA 芯片需求量最大，其次是100K-500K 邏輯單元部分。

作爲賽靈思最大的市場，亞太地區（尤其是中國）對公司的營收有着舉足輕重的影響。據Frost&Sullivan，2019 年以銷售額計的中國FPGA市場，28-90nm製程，與28nm 以下製程的 FPGA 芯片市佔率分別爲63.3%和20.9%；100K以下邏輯單元，與100K-500K邏輯單元的FPGA 芯片市佔率分別爲 38.2%和31.7%。

受益於5G、AI、自動駕駛等技術演進以及數據中心的發展推動市場規模擴張，近兩年FPGA龍頭賽靈思實現營收V型反轉。賽靈思FY22Q2營收同比增22.1%至9.36億美元；毛利同比增16.7%至6.32億美元；淨利同比增21%至2.35億美元。

截止22年1月11日收盤，賽靈思21年漲幅爲49.84%，22年至今漲幅爲-5.43%，跑輸同期標普500指數ETF(SPY：-1.1%)、費城半導體指數(SOXX：-2.04%)及納指100ETF(QQQ：-3.02%)的漲幅。

賽靈思（Xilinx）成立於1984年，並於同年發明現場可編程邏輯門陣列（FPGA），是全球領先的可編程邏輯完整解決方案的供應商。作爲FPGA、可編程SoC及ACAP的發明者，賽靈思致力於爲業界提供最靈活的處理器技術，其高度靈活的可編程芯片由一系列先進的軟件和工具提供支持，可用於網絡通信、汽車電子、消費電子和數據中心等領域。目前，公司滿足了全世界對 FPGA產品50%以上的需求。

賽靈思的營收主要源於AIT（航空航天與國防、工業、測試與測量部門），汽車、廣播和消費電子，有線和無線以及數據中心四大業務。

通信領域是FPGA應用最廣泛的場景

相較於其他類型的芯片，一方面，FPGA的可編程特性（靈活性）高度契合通信協議持續迭代升級的特點；另一方面，FPGA極強的實時處理和並行處理能力，可以有效滿足通信領域高速的通信協議處理需求。因此，FPGA 芯片被大量應用在無線通信和有線通信設備中。

5G時代來臨，FPGA量價齊升。在數量方面，由於5G無線電的頻率更高，要想達到與4G同樣的覆蓋目標，大約需要4G基站數量的3-4倍（以中國爲例，截止20年底，中國移動通信基站總數達931萬個，全年淨增90萬個，其中4G基站總數達575萬個），預計未來市場建設規模爲千萬級別。同時，由於大規模天線整列的高併發處理需求，相比4G單基站，5G單基站FPGA用量將從原來的2-3塊提升至4-5塊。因此，作爲5G基礎設施和終端設備的核心零部件，FPGA用量也會隨之提升。在單價方面，FPGA主要用於收發器的基帶中，5G時代由於通道數的增加，計算複雜度增加，所用FPGA的規模將增加，而由於FPGA的定價與片上資源正相關，未來單價有望進一步提高。FY22Q2，賽靈思有線與無線營收同比增45.6%至2.9億美元，佔總收入的31%。

2019-2028年中國及全球5G基站（無線主設備）投資規模預測（億元）

來源：智研資訊，方正證券

FPGA可以用作數據中心加速器、AI 加速器、SmartNIC（智能網卡） 以及網絡基礎設施中的加速器。近些年來，由於人工智能、雲計算、高性能計算（HPC）、自動駕駛等的繁榮，給FPGA帶來新的市場推動力，催化增量空間。

AI 加速卡拉動 FPGA 需求

由於其靈活性及高速運算能力，FPGA在AI加速卡領域應用廣泛。與 GPU 相比，FPGA具備明顯的能效優勢；與 ASIC 相比，FPGA具備的更強靈活性，能夠匹配AI 神經網絡較快的演進速度，跟上算法的迭代更新。受益於人工智能領域的廣闊發展前景，未來應用於AI領域的FPGA 需求量將持續向好。據SemicoResearch預測，AI應用場景中FPGA的市場規模將在19-23年增長3倍，達到52億美元。相比於21年83 億美元的 FPGA 市場，AI 領域的應用潛力不可小覷。

FPGA在AI應用領域的潛力巨大

來源：方正證券

FPGA更有前景的市場是數據中心

數據中心是FPGA 芯片的新興應用市場之一，低延遲+高吞吐奠定了FPGA的核心優勢。數據中心FPGA 主要用於硬件加速，相比傳統的 CPU 方案後，處理自定義算法時可實現顯著的加速效果：如微軟 Catapult 項目在數據中心使用FPGA 代替 CPU 方案後，處理 Bing 的自定義算法時快出 40 倍，加速效果顯著。因此，從 2016 年開始，微軟 Azure、亞馬遜 AWS、阿裏雲的服務器上都開始部署 FPGA 加速器用於運算加速。在疫情加速全球數字化轉型的背景下，未來數據中心對芯片性能的要求將進一步提高，更多數據中心將採納 FPGA 芯片方案，這也將提高 FPGA 芯片在數據中心芯片中的價值佔比。

數據來源：Gartner，Cisco，中國IDC圈，方正證券

自動駕駛規模化商用提升FPGA量產需求

在汽車行業從ADAS向全面自動駕駛持續演進的過程中，通過採用FPGA的異構計算平臺，能夠處理因傳感器數量增多所帶來的數據爆炸性增長，縮短將多傳感器同步和融合所帶來的系統整體響應時間，並提升靈活性和擴展性，實現從邊緣傳感器到域控制器的可擴展性，同時提供動態重編程能力，降低系統成本與損耗。另外，FPGA還能夠爲快速增長的各種汽車電子應用需求提供靈活的低成本高性能解決方案。20年6月中旬，FPGA龍頭賽靈思已有約7000萬顆汽車芯片用於ADAS中。

AMD收購賽靈思交易案推遲至22Q1完成

繼英特爾2015年收購FPGA龍二Altera後，AMD於2020年10月宣佈計劃斥資350億美元（股票形式）收購FPGA大廠賽靈思，試圖通過進入 FPGA 市場來擴展其 TAM，同時豐富產品線，與現有CPU處理器、GPU顯卡、加速計算卡形成完整的高性能計算體系。據21年12月31日最新消息，由於尚未獲得所有批準，該收購案預計將在22Q1完成，較原先預期的日程有所延後。

未來，在5G浪潮推動下，FPGA有望實現量價齊升，同時FPGA龍頭賽靈思也將持續受益於AI、數據中心、自動駕駛等FPGA應用市場的需求放量。

注：本文由美股研習社團隊原創，轉載請註明出處，謝謝！