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逻辑芯片

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唐文卿

唐文卿·头豹分析师

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行业：

信息传输、软件和信息技术服务业/软件和信息技术服务业/集成电路设计信息科技/半导体

关键词：

逻辑芯片 CPU DPU GPU ASIC FPGA

行业定义

逻辑芯片(Programmable Logic Device，PLD)也称可编程逻辑器件，PLD是作为一种通用集成电路产生的，他的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。逻辑芯片总伴着逻辑电路，基本上是由与门、或门和非门电路组合而成的。PLD芯片属于数字类型的电路芯片，而非模拟或混合信号(同时具有数字电路与模拟电路)芯片。

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行业分类

逻辑芯片，逻辑芯片指包含逻辑关系，以二进制为原理，实现运算与逻辑判断功能的集成电路。常见的逻辑芯片有CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）、ASIC（专用处理器）与FPGA（现场可编程门阵列）。

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行业特征

从产业链整体来看，逻辑芯片上游与中游均受海外头部企业所垄断且具有极高技术壁垒，在EDA工具、晶圆代工方面受限于美国实体名单，先进制程无法突破，导致中游企业难以设计生产出先进制程的芯片，使整体性能落后，无法与头部厂商相抗衡。从中游来看，在CPU和GPU市场均呈现双寡头垄断格局，在FPGA中三家海外企业形成高度垄断，国产化率不足15%，具有极大国产替代空间。从趋势来看，由于ChatGPT、AIGC等数字经济的兴起，全球加大对人工智能的模型搭建和训练的投入，这将拉动逻辑芯片中尤其是GPGPU和ASIC芯片的增长，因此预计到2023年全球逻辑芯片占比将提升至31.5%。

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发展历程

逻辑芯片行业

目前已达到 3个阶段

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产业链分析

上游分析中游分析下游分析

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行业规模

逻辑芯片行业规模

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政策梳理

逻辑芯片行业

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竞争格局

逻辑芯片市场整体呈现由海外厂商寡头垄断格局，中国企业的企业营收与毛利率均处于行业尾部。在CPU中，市场呈现Intel和AMD寡头垄断格局。在GPU中，NVIDIA和AMD的市场份额占比约为8:2，市场呈现双垄断格局。在FPGA中，2019年中国市场份额CR3为85.2%，由Xilinx、Intel(Altera)和Lattice三家形成高度垄断，国产化率不足15%。ASIC芯片为定制芯片，不具有明显的市场格局。

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摘要

2021年全球逻辑芯片市场规模约为1548.37亿美元，同比增长30.77%。预计2023年全球逻辑芯片市场规模将达到1751.91亿美元，同比减少1.2%。逻辑芯片市场整体呈现由海外厂商寡头垄断格局，中国企业的企业营收与毛利率均处于行业尾部。在CPU中，市场呈现Intel和AMD寡头垄断格局。在GPU中，NVIDIA和AMD的市场份额占比约为8:2，市场呈现双垄断格局。在FPGA中，2019年中国市场份额CR3为85.2%，由Xilinx、Intel(Altera)和Lattice三家形成高度垄断，国产化率不足15%。ASIC芯片为定制芯片，不具有明显的市场格局。随着工业数字化的兴起以及计算机和消费电子的消费需求放缓，未来这两个领域占比将逐步降低。而受益于工业数字化、汽车领域的逻辑芯片将会大幅受益。在CPU领域由于硬件和软件制造商之间的强绑定，其未来趋向于保持稳定垄断格局。受益于云计算以及大数据趋势的GPU、ASIC芯片需求将会持续提升，其中GPU里AMD是凭借RDNA系列架构强势崛起，但在AI计算里较为薄弱，同时也由于消费电子需求放缓，AMD在GPU中的占有率趋向于下滑。在FPGA领域头部玩家均与科技大厂捆绑，未来的产业趋于竞争加剧向头部靠拢。

逻辑芯片行业定义

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Prompt

逻辑芯片是一种集成电路，其功能是通过逻辑门电路实现逻辑运算和控制。在逻辑芯片行业中，有几种最常用的定义，包括数字集成电路（Digital Integrated Circuit，简称DIC）、逻辑集成电路（Logic Integrated Circuit，简称LIC）和数字逻辑集成电路（Digital Logic Integrated Circuit，简称DLIC）。数字集成电路是指由数字电路组成的集成电路，其主要用于数字信号处理、计算机存储器、计算机控制等方面。逻辑集成电路则是指集成了逻辑门电路的集成电路，其主要用于逻辑运算、控制器、定时器等方面。数字逻辑集成电路则是数字集成电路和逻辑集成电路的结合，既能实现数字信号处理，又能实现逻辑运算和控制。在这几种定义中，数字集成电路和逻辑集成电路的区别主要在于其应用领域不同，数字集成电路主要应用于数字信号处理领域，而逻辑集成电路主要应用于逻辑运算和控制领域。数字逻辑集成电路则是两者的综合，应用领域更为广泛。此外，数字集成电路和逻辑集成电路的逻辑门种类也有所不同，数字集成电路常见的逻辑门包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等，而逻辑集成电路常见的逻辑门包括与门、或门、非门、与或门、或与门等。总体而言，逻辑芯片行业最常用的定义有数字集成电路、逻辑集成电路和数字逻辑集成电路，它们之间的区别主要在于应用领域和逻辑门种类。在实际应用中，根据具体需求选择合适的定义和芯片类型，可以更好地实现逻辑运算和控制。

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逻辑芯片行业分类

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逻辑芯片行业的主流分类标准是按照功能分类和按照制造工艺分类。按照功能分类，逻辑芯片可分为以下几类： 1.门电路：包括与门、或门、非门、异或门等，用于实现基本的布尔逻辑运算。 2.触发器电路：包括D触发器、JK触发器、T触发器等，用于实现时序逻辑运算。 3.计数器电路：包括二进制计数器、十进制计数器等，用于计数操作。 4.寄存器电路：包括移位寄存器、并行寄存器等，用于存储数据。 5.多路选择器电路：用于选择不同的输入信号。 6.编码器电路：用于将多个输入信号编码为一个输出信号。 7.解码器电路：用于将一个输入信号解码为多个输出信号。按照制造工艺分类，逻辑芯片可分为以下两大类： 1.数字信号处理（DSP）芯片：采用CMOS工艺制造，集成了高速运算器、存储器、控制器和IO接口等，用于数字信号的处理和分析。 2.场效应管（FET）芯片：采用MOS工艺制造，主要用于模拟电路和低功耗数字电路等应用。这两类芯片的主要差异在于制造工艺的不同，以及适用场景的不同。DSP芯片通常用于高速、大规模的数字信号处理，如音频、视频、图像等领域，而FET芯片则主要应用于模拟电路和低功耗数字电路等领域。此外，DSP芯片的功耗、成本和复杂度较高，而FET芯片则相对较低。总的来说，逻辑芯片行业按照功能和制造工艺两个维度进行分类，不同类别的芯片适用于不同的应用场景，具有各自的特点和差异。随着技术的不断进步和市场需求的不断变化，逻辑芯片行业也将不断发展和演变。

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逻辑芯片分类

CPU

中央处理器CPU（Central Processing Unit）作为PC及服务器的大脑，是计算机的运算和控制核心。CPU的本质是一块超大规模的集成电路，主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU的内部结构可分为控制单元，运算单元和存储单元三大部分。

GPU

GPU全称是Graphic Processing Unit，即图形处理单元，是计算机显卡的核心。GPU是计算机的图形处理以及并行计算内核。它的主要功能可以分为：1）图形图像渲染计算GPU；2）作为运算协作处理器GPGPU。GPU的功能主要集中于执行高度线程化、相对简单的并行任务处理。GPU多侧重科学计算、AI领域、大数据处理、通用计算、物理计算、加密货币生成等领域。

ASIC

ASIC（Application Specific Integrated Circuit）芯片是专用集成电路，是针对用户对特定电子系统的需求，从根级设计、制造的专有应用程序芯片，其计算能力和计算效率可根据算法需要进行定制，是固定算法最优化设计的产物。ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。ASIC芯片模块可广泛应用于人工智能设备、虚拟货币挖矿设备、耗材打印设备、军事国防设备等智慧终端。

FPGA

FPGA（Field Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA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。

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逻辑芯片行业特征

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Prompt

中国逻辑芯片行业特征分析随着人工智能、物联网、大数据等技术的不断发展，逻辑芯片作为计算机硬件的重要组成部分，正在逐渐成为技术创新和产业升级的重要支撑。在当前国际市场格局中，中国逻辑芯片行业还处于起步阶段，但随着政策扶持和市场需求的不断增长，逻辑芯片产业将迎来发展的重要机遇。商业模式中国逻辑芯片行业的商业模式主要是以芯片设计为核心，辅以芯片制造和封装测试等环节，形成完整的产业链条。目前，中国逻辑芯片行业的主要商业模式为代工模式，即芯片设计公司将芯片设计方案交由代工厂家制造，然后由芯片设计公司进行封装测试和销售。在这个模式下，芯片设计公司可以专注于技术创新和市场拓展，而代工厂家则可以发挥自身生产能力，提高产能和效率，从而实现双方的合作共赢。竞争环境中国逻辑芯片行业的竞争环境主要有两个方面：一是国内市场竞争，二是国际市场竞争。在国内市场，逻辑芯片行业的竞争主要来自于芯片设计公司之间的竞争。目前，国内有多家逻辑芯片设计公司，如展讯、紫光展锐等，它们之间的竞争主要体现在技术创新、产品质量、售后服务等方面。在国际市场上，中国逻辑芯片行业的竞争主要来自于国外公司，如英特尔、高通等。这些公司拥有先进的技术和强大的品牌优势，对中国逻辑芯片行业构成了较大的威胁。用户画像中国逻辑芯片行业的用户主要包括两类：一是终端用户，二是芯片设计公司。对于终端用户来说，逻辑芯片主要应用于消费电子、通信、汽车电子等领域。这些用户对逻辑芯片的需求主要集中在功耗、性能、成本等方面。对于芯片设计公司来说，它们是逻辑芯片产业的核心力量，其产品主要面向终端用户。这些公司需要不断进行技术创新，提高产品质量和性能，以满足终端用户的需求。利润成本中国逻辑芯片行业的利润主要来自于芯片设计和制造环节。目前，国内逻辑芯片设计公司的利润率比较高，而代工厂家的利润率相对较低。这是因为芯片设计需要具备较高的技术和创新能力，而代工厂家主要依靠生产能力和效率来获得利润。另外，逻辑芯片行业的成本主要包括人力成本、研发成本、设备成本等。其中，人力成本是逻辑芯片行业的主要成本之一，目前国内逻辑芯片产业的人力成本相对较低，这也是中国

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占比不断提升

受益于云计算、ChatGPT等数字经济的兴起，逻辑芯片占比将不断提升

在疫情影响下，线上经济、居家办公等需求拉动服务器、TV、PC出货激增，同时智能汽车的高速增长带动对云计算的运算需求使得逻辑芯片出货量大增，逻辑芯片在全球半导体行业中的占比从2019年的25.8提升至2021年的27.9%。由于ChatGPT、AIGC等数字经济的兴起，全球加大对人工智能的模型搭建和训练的投入，这将拉动逻辑芯片中尤其是GPGPU和ASIC芯片的增长，因此预计到2023年全球逻辑芯片占比将提升至31.5%。

技术壁垒高

逻辑芯片产业链上游形成极高技术壁垒，制约中国逻辑芯片行业发展

从产业链整体来看，逻辑芯片上游与中游均受海外头部企业所垄断，其中EDA为芯片设计最基础的工具，全球先进水平相关工具制程可支持5nm，而中国龙头大部分工具均仅支持28nm制程，与海外厂商差距较大。EDA工具的技术落后将会影响整个集成电路的技术突破。其次，在晶圆代工方面，受限于美国实体名单，无法获取EUV光刻机，先进制程无法突破，导致中游企业难以设计生产出先进制程的芯片，使整体性能落后，无法与头部厂商相抗衡。

国产替代空间较大

逻辑芯片市场均由海外大企垄断，具有极大国产替代空间

逻辑芯片主要包含了CPU、GPU、FPGA和ASIC。在CPU中，市场呈现Intel和AMD寡头垄断格局。在GPU中，NVIDIA和AMD的市场份额占比约为8:2，市场呈现双垄断格局。在FPGA中，2019年中国市场份额CR3为85.2%，由Xilinx、Intel(Altera)和Lattice三家形成高度垄断，国产化率不足15%。整体来说逻辑芯片市场均由海外大企垄断，国产化率低，具有极大国产替代空间。

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1：http://www.leadingir.com/trend/view/6992.html