【引语】

FPGA芯片属于逻辑芯片大类。逻辑芯片按功能可分为四大类芯片：通用处理器芯片（包含中央处理芯片CPU、图形处理芯片GPU，数字信号处理芯片DSP等）、存储器芯片（Memory）、专用集成电路芯片（ASIC）和现场可编程逻辑阵列芯片（FPGA）。FPGA芯片产品于20世纪80年代中期面世，发展历史相对较短。早期的FPGA芯片由于设计、制造难度较大、价格昂贵且性能远远落后于专用集成电路，因此应用比较有限，一般被集成电路设计公司或者研究机构用于产品原型的验证。随着FPGA技术本身的飞速发展，以及半导体制造工艺的不断演进，FPGA产业在2000年以后有了大幅度的成长。未来，随着下游工业控制、电子通信等领域的快速发展，中国FPGA市场将保持持续增长趋势。

FPGA定义及优势

FPGA（Field Programmable Gate Array）现场可编程门阵列是基于PAL、GAL等可编程器件的基础上发展而来，是半定制化、可编程的集成电路。FPGA芯片按固定模式处理信号，可执行新型任务，例如计算任务、通信任务等，应用场景较多。

FPGA芯片主要由三部分组成，分别为IOE（Input Output Element，输入输出单元）、LAB（Logic Array Block，逻辑阵列块）以及Interconnect（内部连接线）。

可编辑，更灵活：FPGA可随时改变芯片功能，更具有灵活性。5G边缘技术将带来大量的数据量，对芯片处理能力提出了更高的要求，多场景的定制化需求对芯片的灵活性有更高要求。在技术未成熟阶段，FPGA结构具有灵活改变芯片的功能，有助于降低器件产品成本及风险。

上市时间短：由于FPGA可直接编程使用，相较于其他芯片,FPGA方案无需等待三个月至一年的较长芯片流片周期，为企业争取了产品上市时间。

低成本：FPGA内部的逻辑可根据需求改变，减少开发成本。同时FPGA的可编程特点使得客户无需为FPGA方案一次性支付百万美元的流片成本，承担流片失败的风险。因此，FPGA芯片可以代替多数字芯片解决方案，提供单片解决方案，降低客户的采购成本。

FPGA特点

设计灵活：属于硬件可重构的芯片结构，内部设置数量丰富的输入输出单元引脚及触发器。

兼容性强：FPGA芯片可与CMOS、TTL等大规模集成电路兼容，协同完成计算任务。

并行计算：FPGA内部结构可按数据包步骤多少搭建相应数量流水线，不同流水线处理不同数据包，实现流水线并行、数据并行功能。

适用性强：是专用电路中开发周期最短、应用风险最低的器件之一。

FPGA芯片特点：

FPGA厂商主要提供基于两种技术类型的FPGA芯片：Flash技术类、SRAM技术类（Static Random-access Memory，静态随机存取存储器）。两类技术均可实现系统层面编程功能，具备较高计算性能，系统门阵列密度均可超过1兆。

核心区别：基于Flash的可编程器件具备非易失性特征，即电流关闭后，所存储数据不消失。基于SRAM技术的FPGA芯片不具备非易失性特征，是应用范围最广泛的架构。

中国FPGA产业链分析

上游：FPGA芯片设计对底层算法架构依赖度较低，上游算法供应商对中游FPGA芯片研发制造企业议价能力有限。

中游：FPGA产业中游是FPGA供应商，主要产品形式包含：芯片搭配算法、FPGA模块和终端产品设计。相较于全球头部厂商，中国FPGA研发起步较晚，但随着技术的不断更新与突破，中国FPGA市场发展迅速。随着国内尝试研发能力的积累和技术工艺的持续突破，中国FPGA芯片供应格局未来将呈国产化替代趋势。随着FPGA下游应用场景的不断拓展，市场需求量将持续增长，为中国FPGA行业中游厂商提供良好的发展机遇。

下游：从下游应用场景来看，FPGA芯片目前主要应用于包括工业控制、网络通信、消费电子、数据中心、汽车电子、人工智能等领域。

来源：沙利文公司

中国FPGA市场规模

中国FPGA市场从2016年的约65.5亿元增长至2020年的约150.3亿元，年均复合增长率约为23.1%。随着国产替代进程的进一步加速，中国FPGA市场需求量有望持续扩大。预计到2025年，中国FPGA市场规模将达到约332.2亿元，预测期年均复合增长率约为17.1%。

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中国FPGA下游应用市场规模

由于更具灵活性，节省流片时间成本，上市时间短等特点，FPGA芯片应用场景从工业控制、网络通信、消费电子等拓展到数据中心、汽车电子、人工智能等领域，实现多领域应用。

工业行业FPGA芯片市场规模

FPGA芯片在工业领域应用非常广泛，大量应用在视频处理、图像处理、数控机床

等领域实现信号控制和运算加速功能。随着智能化与自动化技术的发展，工业领域也正逐渐从以人力资源为核心要素转向以自动化为核心要素的智能化无人工厂。受益于工业智能化、无人化的发展趋势，FPGA芯片高效能、实时性、高灵活性的特点使其在工业领域得到了广泛应用。此外，FPGA芯片的这些优势也使其在LED显示屏领域得到了广泛的应用。2020年工业领域的FPGA芯片中国市场销售额将达到47.4亿元，占中国FPGA芯片市场份额的31.5%，2021年至2025年年均复合增长率将达到16.1%。

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网络通信行业FPGA芯片市场规模

FPGA芯片目前被大量应用在无线通信和有线通信设备中，实现接口扩展、逻辑控制、数据处理、单芯片系统等各种功能。在有线通信领域，FPGA芯片被应用于数据接入、传送、路由器、交换机的多种电路板中，以实现信号控制、传输加速等各种功能。在无线通信领域，FPGA芯片被应用在无线通信基站和射频处理单元的多种电路板中，以实现通信协议的各种功能和未来升级需求，集成CPU的现场可编程系统级芯片产品被应用在室外微基站、室内微基站等无线网络通信中，以单芯片完成商业、住宅、工厂区域的多模覆盖、网络容量增加、人工智能计算等多样性功能需求。

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消费电子行业FGPA芯片市场规模

在消费电子领域，FPGA芯片可用于智能手机、无人机、智能电视、AR/VR设备中。在消费电子产品的设计中，很多情况下视频、音频等信息均需要与运算芯片进行数据通信。比如，在视频领域，摄像头需要将采集到的数据传递给计算芯片处理，或者将处理后的结果传递给屏幕进行显示等。但由于各种设备内部的信号协议都不尽相同，传统的设计中往往需要专用的接口芯片进行数据格式的转换。如果单一设备需要的接口较多，就需要较多的外围芯片，其体积、功耗都较大，在采用FPGA芯片方案后，单一FPGA芯片可以实现各种存储接口的控制，接口逻辑就都可以在FPGA芯片内部实现，大大简化了外围电路的设计。

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数据中心行业FPGA芯片市场规模

数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。服务器和存储器作为数据中心的通用基础设备，为了应对复杂多变的应用情景，需要FPGA芯片实现逻辑控制、数据转换、功能扩展、系统升级等功能。数据中心是FPGA芯片的新兴应用市场之一，2020年应用于该领域的FPGA芯片中国销售额将达到16.1亿元，占中国FPGA芯片市场份额的10.7%，2021年至2025年年均复合增长率将达到16.6%。

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汽车电子行业FPGA芯片市场规模

随着汽车电子的不断发展，以及电动汽车、智能汽车的兴起，FPGA在汽车中的应用越来越广泛，扮演着越来越重要的角色。FPGA在汽车电子中的应用主要有以下几个领域。在系统接口及控制领域，FPGA芯片用于控制和驱动电动汽车电机控制系统，连接驾驶系统、仪表盘、雷达、超声波传感器等各种车载设备，实现激光雷达、毫米波雷达等信号处理和控制。在视频桥接和融合领域，FPGA芯片可用于实现多个图像传感器的信号桥接、3D环视视频融合、倒车辅助视频、辅助驾驶视频等功能。在辅助驾驶和自动驾驶领域，FPGA芯片可用于实现机器视觉与目标检测等各种功能。汽车电子是FPGA芯片的新兴应用市场之一，2020年应用于该领域的FPGA芯片中国销售额将达到9.5亿元，占中国FPGA芯片市场份额的6.3%，2021年至2025年年均复合增长率将达到22.7%。

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人工智能行业FPGA芯片市场概况

人工智能算法的硬件芯片实现分为云侧处理和端侧处理，其中，云侧处理又可分为训练和推断两大任务。在云侧与端侧的不同任务中，FPGA芯片均已与GPU及ASIC等芯片一起成为人工智能处理芯片的重要选择之一。在云侧处理时，FPGA芯片由于其高度灵活性及强大的并行运算能力，在人工智能领域的推断任务处理上具有广阔的前景和巨大的潜力。和GPU及ASIC芯片相比，FPGA芯片内在并行处理单元达到百万级，人工智能是FPGA芯片的新兴应用市场之一，2020年应用于该领域的FPGA芯片中国销售额将达到5.8亿元，占中国FPGA芯片市场份额的3.9%，2021年至2025年年均复合增长率将达到16.9%。

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