FPGA組成、優(yōu)勢、驅動因素與供需情況如何？

應用擴展+長尾市場+國產替代，FPGA 不可替代性加強。

FPGA 是一種集成電路芯片，最大特點是現場可編程性。FPGA 于 1985 年由賽靈思創(chuàng) 始人之一 Ross Freeman 發(fā)明，并在現有的可編程器件（如 PAL、GAL、CPLD 等）的基礎 上進一步發(fā)展而來。FPGA 主要由可編程 I/O 單元、可編程邏輯單元、可編程布線資源等組 成。作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路，FPGA 可以根據使用者的需求 通過配套 EDA 軟件多次重復編程配置以實現特定功能。

FPGA 具備靈活性高、上市時間短和應用開發(fā)成本低等優(yōu)勢，地位顯著提升。1)靈活 性高：FPGA 可以通過編程執(zhí)行 ASIC 能夠執(zhí)行的任何邏輯功能，即隨時改變芯片功能，在 技術還未成熟的階段，這種特性能夠降低產品的成本與風險。2)上市時間短：FPGA 是專 用電路中開發(fā)周期最短、應用風險最低的器件之一，對 FPGA 編程后即可直接使用，無須 經歷三個月至一年的芯片流片周期，為企業(yè)縮短了產品上市時間。3)應用開發(fā)成本低：相 較 ASIC 方案，FPGA 方案幾乎沒有固定成本，在使用量小時采用 FPGA 方案無須一次性支 付幾百萬美元的流片成本，同時也不用承擔流片失敗的風險。地位提升：FPGA 芯片早期 在部分應用場景是 ASIC 芯片的批量替代品，近年來隨微軟等頭部互聯(lián)網企業(yè)數據中心規(guī) 模擴大，FPGA 芯片應用范圍持續(xù)擴大。

我們認為驅動 FPGA 行業(yè)增長的核心因素有三： 核心驅動因素 1：新興技術與應用領域的擴展。FPGA 憑借高并行計算能力、低延遲 和現場可編程靈活性，在人工智能、新一代通信（如 5G）、新能源汽車、自動駕駛、物聯(lián) 網、數據中心加速和工業(yè)自動化等新興領域需求大幅增加。其未來增量方向主要為：1）通 信：通信是 FPGA 最核心的應用市場，廣泛用于無線、有線通信及原型驗證（5G,5G-A,6G）；2）數據中心與 AI：FPGA 因其高并行、低時延、低功耗的優(yōu)勢，適用于推理加 速、云計算、高頻交易及存儲控制；3）工業(yè)市場：FPGA 在工業(yè)領域主要應用于視頻處 理、圖像處理、數控機床等領域實現信號控制和運算加速功能。例如，在自動化生產線 中，FPGA 被用于控制機械臂的運動和協(xié)調各個設備的運作；4）汽車市場：新能源汽車依 然是 FPGA 應用的一個重要市場，應用領域覆蓋智能座艙、車身、動力及自駕系統(tǒng)；5）國 防與航天：FPGA 廣泛應用于導彈、雷達、衛(wèi)星、無人機及太空探索，未來增長來自精確 打擊和衛(wèi)星通信的發(fā)展，這部分依賴于 FPGA 芯片在高輻射等極端環(huán)境工作穩(wěn)定性強的特 點。

核心驅動因素 2：芯片制程升級推高開發(fā)成本，NRE 成本上漲或將推動 FPGA 覆蓋的 長尾市場容量進一步擴大。ASIC 芯片是實現大批量或高性能模擬和數字功能的專用芯片， 其是完全定制的，因此設計和實現（非工程設計）需要更高的開發(fā)成本，anysilicon 測算， 假設 ASIC NRE 成本 150 萬美元，單片成本 4 美元，FPGA NRE 成本為 0，單片成本為 8 美 元，可以得出結論：產量 40 萬片為等效成本點，產量小于 40 萬片時選擇 FPGA 更為劃 算。而據 IBS 發(fā)布的數據，隨著制程工藝提升，芯片的開發(fā)成本顯著提升，16nm 芯片開發(fā)成本為 1.06 億美元，到了 5nm 級別這一成本急劇上升至 5.4 億美元。隨著未來芯片制程工 藝升級，開發(fā)成本持續(xù)攀升，對應的 NRE 成本也將提升，在其他條件不變情況下，等效成 本點的產量將攀升，此時 FPGA 將進一步擴大覆蓋行業(yè)的范圍，其滲透率有望提升。

核心驅動因素 3：FPGA 國產替代訴求帶來的增長動力。1）市場壟斷現狀：FPGA 市 場長期被海外廠商壟斷，如 Xilinx、Altera 等巨頭占據了全球近 90%的市場份額，形成了 較高的技術壁壘，國產品牌可替代空間巨大；2）供應風險：近年來，受公共衛(wèi)生事件等因 素影響，FPGA 芯片生產上下游企業(yè)受到沖擊，導致芯片價格上漲且供應不穩(wěn)定，促使國 內企業(yè)尋求國產替代產品以保障供應鏈安全；3）國產技術發(fā)展：國產 FPGA 技術不斷進 步，為國產替代奠定了基礎，國產 FPGA 產品在價格上具有一定的競爭力，尤其是在中低 端市場表現亮眼，同時還可以為客戶提供更及時、更高效的技術支持和售后服務。

各類扶持政策陸續(xù)出臺，2030 年前電信、金融行業(yè) FPGA 國產化率達到 70%以上。 隨著國內信息安全意識的不斷提高，對于關鍵領域和核心設備所使用的芯片，自主可控變 得尤為重要。國產 FPGA 產品的自主研發(fā)和生產，能夠保障國內企業(yè)在技術和供應鏈上的自主性和安全性，避免因外部因素導致的供應中斷或技術封鎖風險。據《2025 至 2030 年 中國 PLD/FPGA 制造行業(yè)市場全景調研及投資規(guī)劃建議報告》指出，國家集成電路產業(yè)投 資基金三期(2025 年啟動)預計將定向投入 50 億元支持 FPGA 關鍵材料及先進封裝技術研 發(fā)，同時“信創(chuàng) 2.0”工程明確要求電信、金融等重點行業(yè) FPGA 采購國產化率在 2030 年 前達到 70%以上。

FPGA 應用場景廣泛，24-30 年中國市場復合增速達 11%。據 HORIZON GRAND VIEW RESEARCH 數據，2024-2026 年全球 FPGA 市場規(guī)模預計為 125 億美元、138 億美 元、152 億美元，同比增長 10%、10%、11%，至 2030 年市場規(guī)模增長至 233 億美元， CAGR 達 11%。中國市場 2024-2026 年市場規(guī)模預計約為 25 億美元、29 億美元、33 億美元，同比增長 19%、16%、13%，至 2030 年市場規(guī)模增長至 47 億美元，CAGR 達 11%， 其占全球市場比例基本維持在 20%左右。

全球市場以高端 FPGA 為主，20-90nm 制程占約一半。據 Mordor Intelligence 數據， 2024 年全球 1KK 以上的高端 FPGA 占比為 66.5%，中低端 FPGA 占比為 33.5%，而按制程 分類，2024 年全球≥90nm 及≤16nm 的 FPGA 占比達 50.7%，20-90nm 的 FPGA 占比達 49.3%。

全球和中國的 FPGA 市場近乎被海外廠商壟斷，國產替代需求迫切。據電子工程世界 數據，經過幾十年的寡頭壟斷和行業(yè)整合，2025 年全球 FPGA 市場方面，AMD、Altera、 萊迪思（Lattice）、微芯科技（Microchip）成為國際四雄，瓜分全球將近 70%~80%的市場 份額。這些海外廠商在硬件設計和高端 EDA 軟件設計方面擁有起步較早的先發(fā)優(yōu)勢，并通 過近 9000 項專利打造了牢固的知識產權壁壘，形成了強大的產業(yè)生態(tài)鏈。AMD（賽靈思 Xilinx）作為 FPGA 的發(fā)明者，其過去 25 年一直是 FPGA 市場份額的領導者。Altera 重新變成獨立公司，FPGA 格局再生變。Lattice 堅持以中小尺寸產品走中低端路線，是其多年 前便選定的競爭策略，整體在多年中表現比較穩(wěn)健。Microchip 一直是 FPGA 領域的“隱形 冠軍”，其本身產品擁有很多核心科技。

國內 FPGA 主要玩家以復旦微電、安路科技和紫光同創(chuàng)為主。最高產品制程均達 28nm 及以上，主力銷售產品集中在更低制程。復旦微電在國內較早推出億門級 FPGA，已 經具備十億門級產品，目前正在推進基于 1xnm FinFET 先進制程的新一代 FPGA 和 PSoC 產品，具備全流程自主知識產權 FPGA 配套 EDA 工具 Procise，是國內領先的可編程器件 芯片供應商；紫光同創(chuàng)覆蓋高、中、低端等多層次 FPGA 市場；安路科技在 FPGA/集成 CPU、FPGA、數據處理專用引擎等單芯片產品方面都有儲備，量產供貨產品已覆蓋 100K 以內的邏輯單元規(guī)模，并且 PHOENIX1 系列中邏輯單元為 400K 的新產品已成功流片；京 微齊力基于 22nm 工藝制程的 FPGA 已成功量產；易靈思基于 RISC-V 軟核的 FPGA 已商 用，并在 16nm、40nm 有長期的產品規(guī)劃；西安智多晶自主研發(fā)的 Seal5000、Sealion2000 系列 FPGA/CPLD 芯片經過工業(yè)和信息化部電子第五研究所評估認證，通過了自主可控等 級評定。