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FPGA芯片
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唐文卿
唐文卿·头豹分析师
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行业定义
FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片基于可编程器件(PAL、GAL)发展而来,是半定制化、可编程的集成电路。FGPA通常由可编程的逻辑单元(Logic Cell, LC)、输入输出单元(Input Output Block, IO)和开关连线阵列(Switch Box, SB)三种功能单元构成。FPGA芯片在实时性(数据信号处理速度快)、灵活性等方面具备显著优势,在深度学习领域占据不可替代地位,同时具有开发难度高的特点。
AI访谈
行业分类
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(StaticRandom-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。
AI访谈
行业特征
FPGA芯片是一个高度集中、高技术壁垒的行业。2019年中国FPGA芯片市场份额CR3为85.2%,均为海外企业,国产化率不足15%。国内公司在28nm制程的产品矩阵丰富度亦不及海外巨头,叠加国内产品在逻辑容量等方面的性能差距等,在14nm及以下的先进制程产品区间国内几乎真空。形成这种差距主要由于国内厂商起步较晚,而海外巨头在19世纪80年代便开始了对FPGA的产品研究,技术积累深厚。FPGA芯片因为其现场可编程的灵活性和不断提升的电路性能,下游应用领域非常丰富且需求增长明确,发展空间广阔。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,2021年至2025年的预计年复合增长率将达到17.1%。
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发展历程

FPGA芯片行业

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行业规模
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FPGA芯片行业
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竞争格局
FPGA芯片市场呈现垄断格局,行业高度集中,2019年中国市场份额CR3为85.2%。其中,Xilinx、Intel(Altera)和 Lattice分别以5,200万颗、3,600万颗和 3,300万颗的出货量位列市场前三位,市场占有率达到36.6%、25.3%和23.2%。而安路科技的出货量排名第四,占据了6.0%的市场份额,在国产FPGA芯片厂商中排名第一。2019年国际市场上,Xilinx、Intel(Altera)、Lattice 和 Microsemi,分别占据了51.7%、33.7%、5.0%和 4.0%的市场份额。
AI访谈数据图表
摘要
FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片基于可编程器件(PAL、GAL)发展而来,是半定制化、可编程的集成电路。FGPA通常由可编程的逻辑单元(Logic Cell, LC)、输入输出单元(Input Output Block, IO)和开关连线阵列(Switch Box, SB)三种功能单元构成。FPGA芯片在实时性(数据信号处理速度快)、灵活性等方面具备显著优势,在深度学习领域占据不可替代地位,同时具有开发难度高的特点。 FPGA芯片是一个高度集中、高技术壁垒的行业。2019年中国FPGA芯片市场份额CR3为85.2%,均为海外企业,国产化率不足15%。国内公司在28nm制程的产品矩阵丰富度亦不及海外巨头,叠加国内产品在逻辑容量等方面的性能差距等,在14nm及以下的先进制程产品区间国内几乎真空。形成这种差距主要由于国内厂商起步较晚,而海外巨头在19世纪80年代便开始了对FPGA的产品研究,技术积累深厚。FPGA芯片因为其现场可编程的灵活性和不断提升的电路性能,下游应用领域非常丰富且需求增长明确,发展空间广阔。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,2021年至2025年的预计年复合增长率将达到17.1%。
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FPGA芯片行业最常用的定义是“可编程逻辑器件”,即Field-Programmable Gate Array。该定义指的是一种具有可编程功能的芯片,可以通过编程实现不同的逻辑电路,从而满足不同的应用需求。 与传统的ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)芯片相比,FPGA芯片具有更高的灵活性和可编程性。ASIC芯片是为特定应用场景而设计的,无法更改其电路功能,而FPGA芯片则可以通过编程改变其电路功能,从而适应不同的应用需求。 FPGA芯片还有一个常用的定义是“可重构计算平台”,即Reconfigurable Computing Platform。这个定义强调了FPGA芯片可以通过重新编程来改变其计算平台的特性,从而实现不同的计算任务。 在以上两个定义中,可编程逻辑器件更注重FPGA芯片的逻辑设计和编程能力,而可重构计算平台则更注重FPGA芯片作为计算平台的优势和特点。 总的来说,这两个定义都强调了FPGA芯片具有可编程性和灵活性,可以适应不同的应用场景和计算任务。在实际应用中,根据具体的需求和应用场景选择不同的定义会更加准确和实用。
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FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片基于可编程器件(PAL、GAL)发展而来,是半定制化、可编程的集成电路。FGPA通常由可编程的逻辑单元(Logic Cell, LC)、输入输出单元(Input Output Block, IO)和开关连线阵列(Switch Box, SB)三种功能单元构成。FPGA芯片在实时性(数据信号处理速度快)、灵活性等方面具备显著优势,在深度学习领域占据不可替代地位,同时具有开发难度高的特点。
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3:FPGA芯片行业研究 | 红点Insight
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FPGA芯片是可编程逻辑器件,是数字电路的一个重要组成部分。随着科技的进步,FPGA芯片应用越来越广泛,分类标准也越来越多。在众多分类标准中,按照应用领域和结构特点两个方面进行分类是最主流的方法。 按照应用领域分类,FPGA芯片主要分为通用型、高性能型和低功耗型三大类。通用型FPGA芯片适用于各种应用领域,包括通信、计算机、消费电子、航空航天等。高性能型FPGA芯片则特别适合高速数据处理和计算,主要应用于科学仪器、医疗设备、高端通信设备等领域。低功耗型FPGA芯片则是大规模集成电路的一种,主要应用于移动设备、智能家居等领域。 按照结构特点分类,FPGA芯片主要分为SRAM型、Antifuse型和Flash型三大类。SRAM型FPGA芯片是最早的FPGA芯片,由SRAM存储单元和可编程逻辑单元组成。Antifuse型FPGA芯片则是使用了一种叫做Antifuse的可编程连接元件作为存储单元,具有更高的可靠性和更低的功耗。Flash型FPGA芯片则是基于Flash存储器的可编程逻辑器件,具有更高的可靠性和更长的寿命。 各类FPGA芯片有着不同的特点和差异。通用型FPGA芯片具有广泛的应用领域,但在高性能和低功耗方面相对较弱。高性能型FPGA芯片具有高速数据处理和计算能力,但在通用性和功耗方面相对较弱。低功耗型FPGA芯片则具有低功耗和小型化的优势,但在性能方面相对较弱。SRAM型FPGA芯片具有灵活性和易于调试的优势,但在可靠性和功耗方面相对较弱。Antifuse型FPGA芯片则具有更高的可靠性和更低的功耗,但在灵活性和易于调试方面相对较弱。Flash型FPGA芯片则具有更高的可靠性和更长的寿命,但在灵活性和易于调试方面相对较弱。 总的来说,不同类型的FPGA芯片各有优缺点,应用领域和需求不同的用户应选择适合自己的FPGA芯片。随着FPGA芯片技术的不断发展,未来还会有更多更加先进的FPGA芯片出现。
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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(StaticRandom-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。
FPGA芯片分类
Flash
具备非易失性特征,即电流关闭后,所存储数据不消失;写操作复杂,较SRAM写入周期长,写电入压较高;但功耗低、保密性高,抗辐照强,多用于军工、航天。
SRAM
不具备非易失性特征,是应用范围最广泛的架构,相对Flash类芯片具备更高静态功耗、更高动态功耗;FPGA很少用于移动设备、或多或少都有保密措施,所以FLASH的优势不明显;主流FPGA采用SRAM较多,配合独立Flash存储器存储配置信息在上电时对FPGA配置。
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商业模式、竞争环境、利润成本是三个重要维度。 商业模式方面,中国FPGA芯片行业在商业模式上主要采用的是芯片设计和销售的商业模式。在芯片设计方面,企业需要投入大量的研发资金和人力资源进行芯片设计,同时还需要购买昂贵的设计软件和开发平台。而在销售方面,企业需要建立销售渠道和客户资源,以便将芯片推向市场。此外,一些企业还采用了芯片代工的模式,把设计好的芯片交给代工厂生产,从而降低生产成本。 竞争环境方面,中国FPGA芯片行业竞争激烈,主要竞争对手包括国际巨头如英特尔、赛灵思等以及国内本土企业如紫光展锐、华大基因等。国际巨头拥有雄厚的技术实力和品牌优势,而本土企业则利用政策扶持和市场定位等优势,积极发展自身的业务。此外,行业内还存在着一些小型企业和创业公司,他们通过独特的技术和创新的商业模式,不断挑战行业领袖的地位。 利润成本方面,中国FPGA芯片行业的利润和成本具有一定的特点。一方面,由于芯片设计需要投入大量的研发成本,因此芯片设计企业的利润率较高。另一方面,代工企业的利润率较低,因为代工企业只是生产芯片,而不需要进行设计。此外,由于国际巨头的存在,行业内的价格竞争非常激烈,因此成本控制是企业取得竞争优势的关键之一。 综上所述,商业模式、竞争环境和利润成本是中国FPGA芯片行业的三个重要维度。其中,商业模式主要采用芯片设计和销售的商业模式,竞争环境激烈,主要竞争对手包括国际巨头和本土企业,利润和成本具有一定的特点,芯片设计企业利润率较高,代工企业利润率较低。数据来源主要来自行业报告和企业财务报表。
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FPGA芯片是一个高度集中、高技术壁垒的行业。2019年中国FPGA芯片市场份额CR3为85.2%,均为海外企业,国产化率不足15%。国内公司在28nm制程的产品矩阵丰富度亦不及海外巨头,叠加国内产品在逻辑容量等方面的性能差距等,在14nm及以下的先进制程产品区间国内几乎真空。形成这种差距主要由于国内厂商起步较晚,而海外巨头在19世纪80年代便开始了对FPGA的产品研究,技术积累深厚。FPGA芯片因为其现场可编程的灵活性和不断提升的电路性能,下游应用领域非常丰富且需求增长明确,发展空间广阔。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,2021年至2025年的预计年复合增长率将达到17.1%。
1
行业高度集中
FPGA芯片市场呈现垄断格局,行业高度集中
2019年中国FPGA芯片市场份额CR3为85.2%。其中,Xilinx、Intel(Altera)和 Lattice分别以5,200万颗、3,600万颗和3,300万颗的出货量位列市场前三位,市场占有率达到36.6%、25.3%和23.2%。而安路科技的出货量排名第四,占据了6.0%的市场份额,在国产FPGA芯片厂商中排名第一。2019年国际市场上,Xilinx、Intel(Altera)、Lattice 和 Microsemi,分别占据了51.7%、33.7%、5.0%和 4.0%的市场份额。
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高技术壁垒
先进制程产品区间国内几乎真空,28nm制程产品性能差距大
从技术来看,国内FPGA厂商在产品丰富度与技术实力与国际头部大厂存在较大差距,如14nm及以下的先进制程产品区间国内几乎真空,而海外巨头至少拥有3种系列产品。国内公司在28nm制程的产品矩阵丰富度亦不及海外巨头,叠加国内产品在逻辑容量等方面的性能差距等,提升空间较大。形成这种差距主要由于国内厂商起步较晚,而海外巨头在19世纪80年代便开始了对FPGA的产品研究,技术积累深厚。
3
发展前景广阔
基于FPGA的特性下游应用领域丰富,发展广阔
FPGA芯片因为其现场可编程的灵活性和不断提升的电路性能,下游应用领域非常丰富,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,这些领域需求增长明确,发展空间广阔。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,2021年至2025年的年复合增长率将达到17.1%。
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