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1、 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 FPGAFPGA在各行业究竟用在哪里？未来哪个在各行业究竟用在哪里？未来哪个下游最有机会？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 电子电子 行业行业报告报告 分析师分析师 李美贤 电话： 邮箱 limx_ 执业证书编号：S04 投资摘要：FPGAFPGA 目前是一个全球目前是一个全球 8080 亿亿+美元的市场，美元的市场，2828 年增长至接近年增长至接近 200200 亿美元（亿美元（CAGR 15%

2、+CAGR 15%+），由中国市场引领增长），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。作为作为本系列第三篇报告本系列第三篇报告，我们将重点回答，我们将重点回答同样是投资人同样是投资人经常问及的问题经常问及的问题：F FPGAPGA 在替代什么？未来是什在替代什么？未来是什么因素么因素支撑支撑 F FPGAPGA 的的成长？成长？F FPGAPGA

3、 在每个下游都用在哪里？在每个下游都用在哪里？F FPGAPGA 的国产替代空间有多大？的国产替代空间有多大？复盘复盘 1 1，FPGAFPGA 是怎么成长的？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

4、 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。FPGAFPGA 在低时延处理拥有巨大的优势。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

5、）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。FPGAFPGA 未来增长的驱动力？未来增长的驱动力？电信、数据中心电信、数据中心&AI&AI、国防、国防&航空航天、汽车四大下游航空航天、汽车四大下游，愈发增愈发增长长的低时延处理和高灵活的变化场景的低时延处理和高灵活的变化场景驱动驱动 FPGAFPGA 成长。成长。通信通信是 FPGA 最重要的市场，主要用在无线网络、有线通信、原型验证；在汽车汽车领域领域，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

6、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；工业工业领域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 在医疗医疗领域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

7、 在消费电子消费电子领域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，多媒体多媒体&广播广播对 FPGA 的需求在提升。FPGA 在国防和航空航天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。在数据数据中心中心&AI&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

8、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，对于国产厂商来说，28nm28nm 是最需要抓住的市场是最需要抓住的市场，16nm16nm 制程是考虑到未来制程是考虑到未来 5 5-1010 年增长必须首先占据优势的位置。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%，

9、而16nm 的 FPGA 将从 36%提升至 44%。目前目前，我们估算我们估算 F FPGAPGA 国产化率达到国产化率达到 8 8.4%.4%，2 2028028 年国产年国产 F FPGAPGA 合计收入有望超合计收入有望超 2 20000 亿元人民币亿元人民币，国产化率将达到，国产化率将达到 1 16%6%。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

10、民币，届时全球市场份额将达到 16%。风险提示：风险提示：下游需求不及预期，中美贸易摩擦加剧。uZjXdYqUmZuZcZsUvXkX9PdN8OsQnNnPpMjMnMmOkPmOpR9PrQpPxNpOwOuOoPmO 东兴证券深度报告东兴证券深度报告 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 目目 录录 1.复盘复盘 1984-2022：FPGA 市场是如何成长的？未来成长的驱动力？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？在每个下游的增长驱动力？.

11、6 3.FPGA 在低时延场景的巨大优势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？在每个下游市场究竟用在哪里？.9 5.从现在开始，中国对从现在开始，中国对 FPGA 的主流需求在哪里？的主流需求在哪里？.17 6.FPGA 国产替代的空间？国产替代的空间？.18 7.风险提示风险提示.19 相关报告汇总相关报告汇总.20 插图目录插图目录 图图 1：FPGA 各下游应用场景、市场规模、国产化进展及未来增长一览各下游应用场景、市场规模、国产化进展及未来增长一览.4 图图 2：全球全球 FPGA 市场成长复盘及未来展望（市场成长复盘及未来展望（1990-2022，20

12、23E-2028E）.5 图图 3：中国中国 FPGA 市场未来市场未来 5 年年 CAGR 18%，高于全球，高于全球.6 图图 4：FPGA 相比相比 CPU 在时延上的巨大优势的原因在时延上的巨大优势的原因.8 图图 5：FPGA 在电信市场中的应用场景在电信市场中的应用场景.9 图图 6：FPGA 在汽车市场中的应用场景在汽车市场中的应用场景.10 图图 7：FPGA 在工业市场中的应用场景在工业市场中的应用场景.12 图图 8：FPGA 在医疗市场中的应用场景在医疗市场中的应用场景.13 图图 9：FPGA 在消费电子中的应用场景在消费电子中的应用场景.13 图图 10：FPGA 在

13、国防在国防&航空航天市场中的应用场景航空航天市场中的应用场景.14 图图 11：近近 5 年来美国太空活动转向活跃，且以地球、火星、探月为主要目标年来美国太空活动转向活跃，且以地球、火星、探月为主要目标.15 图图 12：FPGA 在多媒体在多媒体&广播市场中的应用场景广播市场中的应用场景.15 图图 13：FPGA 在数据中心在数据中心&AI 的应用场景的应用场景.16 图图 14：中国中国 FPGA 市场需求主要在市场需求主要在90nm，包括 0.25/0.22 m，0.18/0.15 m 和 0.13 m，主要用于高可靠的航天应用；2）20-90 nm，包括 20/22 nm,28 nm

14、,40/45 nm,55/60/65 nm,90 nm。其中，国防&航空航天（A&D）对 28-90 nm 的 FPGA 均有需求，汽车市场主要集中在 28-65 nm FPGA，消费电子则常用 28nm 或 45nm 的 FPGA，电信的空口侧主要使用 28nm FPGA；3）16nm，包括 16 nm,14 nm,10 nm,7 nm。其中，14/16nm FPGA 主要应用在电信领域的基带单元和有线网络，汽车领域的激光雷达，工业中的安防和仪器仪表，还有医疗影像、ASIC 验证、多媒体&广播，以及国防&航空航天中密集的视觉处理和通信场景，7nm FPGA 目前主要应用在数据中心加速计算。目

15、前，中国目前，中国 FPGA 主流主流需求大多需求大多集中在制程为集中在制程为 28nm-90nm、逻辑单元逻辑单元数数在在 500K 以内以内的的成熟成熟市场。市场。Frost&Sullivan 数据显示，中国市场 2019 年以销售额计，逻辑单元100K 的 FPGA 芯片占据了 38.2%的市场份额，100K-500K 逻辑单元的 FPGA 芯片占据了 31.7%的市场份额，500K 以内的 FPGA 合计占据近 70%的市场。制程上看，60%以上的市场是 28-90nm 的 FPGA。对于国产厂商来说，对于国产厂商来说，28nm 是最需要抓住的市场。是最需要抓住的市场。图图14：中国中

16、国 FPGA 市场需求主要在市场需求主要在100K（2019 销售额）销售额）图图15：中国中国 FPGA 市场需求主要在市场需求主要在 28-90nm（2019 销售额）销售额）资料来源：Frost&Sullivan，安路科技招股书，东兴证券研究所 资料来源：Frost&Sullivan，安路科技招股书，东兴证券研究所 尽管如此，全球尽管如此，全球 FPGA 的制程正在向的制程正在向 16nm 过渡，过渡，16nm 制程是考虑到未来制程是考虑到未来 5-10 年增长必须首先占据优势年增长必须首先占据优势的位置。的位置。14/16nm FGPA 的优势在于，能在同样功耗下做到更大容量、更高性能

17、，或者在同等容量下更小的 图图16：2028 年，年，16nm 及以下的及以下的 FPGA 占比将提升至接近占比将提升至接近 50%资料来源：Altera，Marketsandmarkets，Xilinx，东兴证券研究所整理 1KK5.7%90nm15.8%P18 东兴证券深度报告东兴证券深度报告 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 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 功耗和尺寸。我们看到，全球 FPGA 市场正在向 16nm 及更先进制程迁移，Marketsandmarkets 预计，到2028 年，20-90nm FPGA

18、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%，6 年复合增速 17%，高于 20-90nm FPGA 的 10%。6.FPGA 国产替代的空间国产替代的空间？目前，国产目前，国产 FPGA 在在低容量低容量领域领域可以快速替代，可以快速替代，中端中端 FPGA 可以渐进替代可以渐进替代，高端，高端 FPGA 有待突破有待突破。低容量FPGA 技术较为成熟，相当于 2000-2005 年全球龙头达到的容量水平，几乎所有本土厂商都有已推出多年的产品，可以快速进行替代。而中端 FPGA 推出厂商较少，大多在近 1-2 年推出，目前正逐步进行替

19、代。高端FPGA 市场进入难度较大，需要技术突破。今年我们看到，高端 FPGA 国产化替代处于从 0 到 1 阶段。目前国产目前国产 FPGA 全球全球市占率市占率合计合计 8.4%，2028 年，国产厂商合计收入将年，国产厂商合计收入将有望有望达到达到 214 亿元人民币，占全球亿元人民币，占全球16%的份额。的份额。我们估计，2022 年，国产 FPGA 厂商整体收入达到 49 亿人民币，而全球 FPGA 市场为 83 亿美元，整体国产化率达到 8.4%。在低容量领域，国产 FPGA 厂商占据约 14%的份额，我们认为，在 2028年这一比例将提升至 25%，是国产化进展最迅速的领域。在性

20、价比 FPGA 中，2022 年国产市占率约为 4%，预计到 28 年到10%。而高端 FPGA则长期被 Xilinx和Altera/Intel 垄断，预计到 28 年国产厂商占比达到 5%。到 2028 年，国产厂商的收入合计可达到 214 亿元，届时整体国产化率将有望达到 16%。表表3：我们预计国产我们预计国产 FPGA 厂商在厂商在 28 年收入合计达到年收入合计达到 214 亿亿 注：低容量FPGA指Logic Cell 200k，中端FPGA指LC在200k-500k之间，高端FPGA指LC在500k以上；国产化率指所有国产FPGA厂商合计收入在全球FPGA市场中的比例，美元兑人民

21、币汇率假设为1：7。资料来源：Marketsandmarkets，东兴证券研究所估计 我们预计，我们预计，未来未来国产国产 FPGA 厂商的前三名将占据主要份额，而且随着厂商的前三名将占据主要份额，而且随着 1-2 轮产品代际周期后，其他轮产品代际周期后，其他 FPGA厂商合计市占率将会大幅降低厂商合计市占率将会大幅降低，详细论述请参看我们的系列报告四如何理解 FPGA 商业模式？龙头竞争优势的来源？。东兴证券深度报告东兴证券深度报告 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 P19 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 7.风险提示风

22、险提示 下游需求不及预期，中美贸易摩擦加剧。P20 东兴证券深度报告东兴证券深度报告 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 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 相关报告汇总相关报告汇总 报告类型报告类型 标题标题 日期日期 行业深度 FPGA 提供了什么价值？“FPGA 五问五答”系列报告一 2023-4-17 行业深度 FPGA 和 CPU、GPU 有什么区别？为什么越来越重要？“FPGA 五问五答”系列报告二 2023-4-17 资料来源：东兴证券研究所 东兴证券深度报告东兴证券深度报告 FPGA 在各行业究竟用在哪里？未来哪

23、个下游最有机会？“FPGA 五问五答”系列报告三 P21 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 分析师简介分析师简介 分析师：李美贤分析师：李美贤 中国人民大学硕士，2019 年 7 月加入东兴证券研究所，从事通信及电子研究，关注新兴科技领域，重点覆盖 AI、云计算、工业互联网等产业链。分析师承诺分析师承诺 负责本研究报告全部或部分内容的每一位证券分析师，在此申明，本报告的观点、逻辑和论据均为分析师本人研究成果，引用的相关信息和文字均已注明出处。本报告依据公开的信息来源，力求清晰、准确地反映分析师本人的研究观点。本人薪酬的任何部分过去不曾与、现在不与，未来也将不会与本报告中的具体推

24、荐或观点直接或间接相关。风险提示风险提示 本证券研究报告所载的信息、观点、结论等内容仅供投资者决策参考。在任何情况下，本公司证券研究报告均不构成对任何机构和个人的投资建议，市场有风险，投资者在决定投资前，务必要审慎。投资者应自主作出投资决策，自行承担投资风险。P22 东兴证券深度报告东兴证券深度报告 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 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 免责声明免责声明 本研究报告由东兴证券股份有限公司研究所撰写，东兴证券股份有限公司是具有合法证券投资咨询业务资格的机构。本研究报告中所引用信息均来源于公开资料，

25、我公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证，也不保证所包含的信息和建议不会发生任何变更。我们已力求报告内容的客观、公正，但文中的观点、结论和建议仅供参考，报告中的信息或意见并不构成所述证券的买卖出价或征价，投资者据此做出的任何投资决策与本公司和作者无关。我公司及报告作者在自身所知情的范围内，与本报告所评价或推荐的证券或投资标的不存在法律禁止的利害关系。在法律许可的情况下，我公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券头寸并进行交易，也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。本报告版权仅为我公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、

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27、市场基准指数收益率 515之间；中性：相对于市场基准指数收益率介于-5+5之间；回避：相对弱于市场基准指数收益率 5以上。行业投资评级（A 股市场基准为沪深 300 指数，香港市场基准为恒生指数，美国市场基准为标普 500 指数）：以报告日后的 6 个月内，行业指数相对于同期市场基准指数的表现为标准定义：看好：相对强于市场基准指数收益率 5以上；中性：相对于市场基准指数收益率介于-5+5之间；看淡：相对弱于市场基准指数收益率 5以上。东兴东兴证券研究所证券研究所 北京 上海 深圳 西城区金融大街 5 号新盛大厦 B座 16 层 虹口区杨树浦路 248 号瑞丰国际大厦 5 层 福田区益田路 6009 号新世界中心46F 邮编：100033 电话： 传真： 邮编：200082 电话： 传真： 邮编：518038 电话： 传真：