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FPGA目前是一個(gè)全球80億+美元的市場(chǎng)，28年增長(zhǎng)至接近200億美元（CAGR 15%+），由中國(guó)市場(chǎng)引領(lǐng)增長(zhǎng)。當(dāng)前，中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模約為16億美元，預(yù)計(jì)28年規(guī)模約為45億美元，復(fù)合增速18%，高于全球其他地區(qū)。
　　在我們的FPGA五問(wèn)五答系列報(bào)告一和二中，我們指出FPGA無(wú)可比擬的靈活性，以及確定性的低時(shí)延優(yōu)勢(shì)，是FPGA為客戶提供的獨(dú)一無(wú)二的價(jià)值。作為本系列第三篇報(bào)告，我們將重點(diǎn)回答同樣是投資人經(jīng)常問(wèn)及的問(wèn)題：FPGA在替代什么？未來(lái)是什么因素支撐FPGA的成長(zhǎng)？FPGA在每個(gè)下游都用在哪里？FPGA的國(guó)產(chǎn)替代空間有多大？
　　復(fù)盤1984-2022，F(xiàn)PGA是怎么成長(zhǎng)的？自從1984年發(fā)明以來(lái)到90年代之前，受限于當(dāng)時(shí)的晶圓制造的技術(shù)，價(jià)格昂貴的FPGA一直只在膠合邏輯領(lǐng)域使用。直到90年代初，F(xiàn)PGA突破了門級(jí)數(shù)的限制，才開始脫離粘合邏輯的場(chǎng)景，逐步開始替代ASIC。1995-2000年，F(xiàn)PGA擴(kuò)展到通信和網(wǎng)絡(luò)下游，獲得廣泛的無(wú)線基站和數(shù)通網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的訂單。進(jìn)入00年后，F(xiàn)PGA從高端的通信市場(chǎng)下沉至低成本的消費(fèi)電子市場(chǎng)，小容量的FPGA對(duì)CPLD和低成本ASIC市場(chǎng)、以及高性能FPGA對(duì)DSP的替代，支撐了FPGA市場(chǎng)2000-2010年的成長(zhǎng)。2010年后，隨著以AlexNet為代表的的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型問(wèn)世，F(xiàn)PGA在人工智能、加速計(jì)算找到新方向和成長(zhǎng)邏輯，AI成為FPGA龍頭賽靈思增速最快的下游。
　　FPGA在低時(shí)延處理?yè)碛芯薮蟮膬?yōu)勢(shì)。CPU擅長(zhǎng)復(fù)雜的控制，在高并行計(jì)算中，F(xiàn)PGA的時(shí)延優(yōu)勢(shì)更突出。FPGA相比CPU的時(shí)延優(yōu)勢(shì)來(lái)自于以下三個(gè)方面：1）FPGA是硬件編程電路，無(wú)需指令集，減少了CPU的取指、譯碼等步驟耗費(fèi)的時(shí)間；2）高并行的架構(gòu)，數(shù)十萬(wàn)個(gè)CLB可以同步執(zhí)行；3）避免了CPU在分支預(yù)測(cè)、亂序執(zhí)行等模塊上耗費(fèi)的時(shí)間。
　　FPGA未來(lái)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力？電信、數(shù)據(jù)中心&AI、國(guó)防&航空航天、汽車四大下游，愈發(fā)增長(zhǎng)的低時(shí)延處理和高靈活的變化場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)FPGA成長(zhǎng)。通信是FPGA最重要的市場(chǎng)，主要用在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、有線通信、原型驗(yàn)證；在汽車領(lǐng)域，F(xiàn)PGA主要用于ADAS的傳感器融合領(lǐng)域，激光雷達(dá)信號(hào)處理主芯片，配合SoC完成座艙域信號(hào)橋接，以及車身的電機(jī)控制，未來(lái)汽車低時(shí)延和高度靈活的處理需求正在不斷提升對(duì)FPGA的需求；工業(yè)領(lǐng)域不斷提升的精確控制需求正在驅(qū)動(dòng)FPGA的成長(zhǎng)，F(xiàn)PGA可以完成精確、無(wú)抖動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)，實(shí)時(shí)的工業(yè)相機(jī)圖像處理，亦常用于儀器儀表的信號(hào)處理，激光加工領(lǐng)域的電控系統(tǒng)，此外，F(xiàn)PGA高靈活度可以適應(yīng)工業(yè)通信中不斷演進(jìn)的TSN標(biāo)準(zhǔn)。在半導(dǎo)體仿真領(lǐng)域，當(dāng)代最大的FPGA往往用于Nvidia的GPU等超大型芯片的原型設(shè)計(jì)和驗(yàn)證；FPGA在醫(yī)療領(lǐng)域常用于醫(yī)療影像的實(shí)時(shí)處理，例如超聲、CT、MR等設(shè)備的實(shí)時(shí)高清成像，增長(zhǎng)來(lái)自于醫(yī)療影像的高清化對(duì)實(shí)時(shí)處理能力的需求。LED顯示和橋接是FPGA在消費(fèi)電子領(lǐng)域密集使用到的場(chǎng)景，隨著視頻清晰度和實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊筇嵘?，多媒體&廣播對(duì)FPGA的需求在提升。FPGA在國(guó)防和航空航天有著非常普遍的應(yīng)用，常用于導(dǎo)彈和雷達(dá)，民航、無(wú)人機(jī)/反無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星以及火星等太空探索項(xiàng)目，未來(lái)增長(zhǎng)主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于精確打擊武器和衛(wèi)星通信的發(fā)展。在數(shù)據(jù)中心&AI，F(xiàn)PGA的增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于低時(shí)延推理的需求。FPGA的高并行、低時(shí)延、低功耗的特性非常適合需要實(shí)時(shí)推理的場(chǎng)景，例如，使用Zynq則可實(shí)現(xiàn)壓縮后的YOLOv7模型，在30幀率下實(shí)現(xiàn)15ms的低時(shí)延推理。除此之外，F(xiàn)PGA在數(shù)據(jù)中心常用于計(jì)算加速，比如云計(jì)算的加速實(shí)例、金融的高頻/低時(shí)延的交易系統(tǒng)處理，F(xiàn)PGA還廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)、存儲(chǔ)控制系統(tǒng)。
　　對(duì)于國(guó)產(chǎn)廠商來(lái)說(shuō)，28nm是最需要抓住的市場(chǎng)，16nm制程是考慮到未來(lái)5-10年增長(zhǎng)必須首先占據(jù)優(yōu)勢(shì)的位置。目前，500K以內(nèi)的FPGA占中國(guó)70%的市場(chǎng)，60%以上的市場(chǎng)是28-90nm的FPGA。盡管如此，全球FPGA的制程正在向16nm過(guò)渡。2028年，20-90nm FPGA的市場(chǎng)占比將從2019年的49%降至46%，而≤16nm的FPGA將從36%提升至44%。
　　目前，我們估算FPGA國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到8.4%，2028年國(guó)產(chǎn)FPGA合計(jì)收入有望超200億元人民幣，國(guó)產(chǎn)化率將達(dá)到16%。國(guó)產(chǎn)FPGA在低容量可以快速替代，中端FPGA可以漸進(jìn)替代，高端FPGA目前處于從0-1的突破階段。我們測(cè)算，2022年，以全球83億美元FPGA市場(chǎng)計(jì)算，國(guó)產(chǎn)FPGA全球市占率合計(jì)達(dá)到8.4%。2028年，國(guó)產(chǎn)廠商合計(jì)收入將有望達(dá)到214億元人民幣，屆時(shí)全球市場(chǎng)份額將達(dá)到16%。
　　風(fēng)險(xiǎn)提示：下游需求不及預(yù)期，中美貿(mào)易摩擦加劇。