电子行业“FPGA五问五答”系列报告一：FPGA提供了什么价值？-230417（33页）.pdf

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提供了什么价值？提供了什么价值？“FPGA五问五答”系列报告一 2023 年 4 月 17 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：13718969817 邮箱 limx_ 执业证书编号：S1480521080004 投资摘要：FPFPG GA A（可编程逻辑（可编程逻辑门门阵列）阵列）又称“万能芯片”，美国禁运后，作为最“卡脖子”的芯片之一而家喻户晓。虽然全球市场规模只有 80 亿美元，FPGA 这个不大不小的市场却撑起了龙头赛灵思近 500 亿美元

2、的市值（英特尔平均市值在 2000 亿美元上下，所在市场规模是 FPGA 的 10 倍）。目前，全球 90%的市场份额由美国 FPGA 厂商垄断，国产替代必要性不言而明。美国禁运后，国产 FPGA 厂商迎来发展的历史性机遇。FPGA 究竟有什么价值？什么在驱动它的未来的成长？龙头为什么能有这么高的市场份额？护城河在哪里？本土厂商又要如何培育自己的竞争优势？针对这些问题，我们复盘了 FPGA 三大厂商：赛灵思、Altera 和Lattice 的发展历程，总结出了核心规律，并在 FPGA 五问五答系列报告中逐一为投资者解答。作为我们作为我们 F FPGAPGA 五问五答五问五答第一第一篇篇，在在这

3、篇报告中，这篇报告中，我们我们首先回答一个最关键的问题首先回答一个最关键的问题F FPGAPGA 提供了什么价值？提供了什么价值？为了回答这个问题，我们仔细研究了 FPGA 和其他处理器的架构演变和历史，回答如下：FPGA 无可比拟的灵活性，以及确定性的低时延优势，是 FPGA 难以被替代的原因，也是 FPGA 为客户提供的独一无二的价值。FPGAFPGA 是什么？在半导体产业链中的位置？是什么？在半导体产业链中的位置？芯片分为模拟芯片和数字芯片，数字芯片负责处理数字信号，分为处理器、逻辑、存储三大类。FPGA 是可编程的逻辑芯片，和其它逻辑芯片的不同之处在于，用户可以随时定义其硬件功能。虽然

4、 FPGA 市场仅占逻辑芯片的 5%，市场规模仅有微处理器的大约十分之一，但在许多领域是不可或缺的。FPGAFPGA 为什么在历史上脱颖而出？为什么在历史上脱颖而出？PLD 诞生的动因来自于 ASIC 和 ASSP 的不足，通过可编程来满足降低芯片设计风险的需求。FPGA 并不是第一个被创造出来的可编程逻辑器件，但由于 FPGA 的架构弥补了 PLD 和 ASIC/ASSP 的缺环，能够满足下游不断增长的容量和速度的需求，在发明后的 10 年开始飞速替代 SPLD 和 CPLD，成为独占鳌头的可编程逻辑器件。FPGAFPGA 如何如何做到“万能”做到“万能”？数字电路有两大类：组合电路和时序电

5、路，时序电路即“组合电路+存储”。所有组合电路都有对应的真值表，FPGA 的可编程逻辑块中的 LUT，本质上是一个对应真值表输出的查找表，可以完成任意组合电路的功能。通过改变 LUT4 里面的 16 位掩码，就能灵活地对应不同的组合电路，再结合寄存器等存储单元，可以完成时序电路的功能，从而实现任意电路的“可编程”。FPGAFPGA 独一无二的价值在哪里？独一无二的价值在哪里？1）灵活性高，适合高速迭代的场景（能“经常改”）：FPGA 可以实现任何电路功能，其耗时甚至不超过一秒，修改不限次数，这一特性尤其适合以下 4 种场景：标准/协议/算法经常更改的行业，快速迭代、成本敏感的行业，小批量的行业

6、，以及反复修改验证的设计；2）并行性好，适合要求低时延和大量并行计算的场景（“算得快”）：FPGA 内部数十万个 CLB 可以同时独立工作，实现大规模的并行计算耗时极短，由于不存在线程或者资源冲突的问题，FPGA 的时延是确定的低时延，特别适合低时延的场景。什么是什么是“好好”的的 FPGAFPGA？一般来说，FPGA 的制程越先进、逻辑单元数越多、固化功能越复杂，能构造的电路就越大型、越复杂，FPGA 越“好”。尽管如此，一块“好”的 FPGA 并不一定是能力上的最优，而是最贴近使用者的需求，因此，龙头对市场做了非常高的细分。以龙头赛灵思为例，其拥有高端的 Virtex，性价比的 Kinte