通信行业5G时代FPGA的不可或缺：赛灵思水暖先知，紫光同创自主创新引领国产奋起追

海外行业报告 | 行业动态研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 5G时代FPGA的不可或缺 证券研究报告 2019年05月16日 作者 何翩翩 分析师 SAC执业证书编号：S1110516080002 hepianpian@tfzq.com 陈俊杰 分析师 SAC执业证书编号：S1110517070009 chenjunjie@tfzq.com 雷俊成 分析师 SAC执业证书编号：S1110518060004 leijuncheng@tfzq.com 马赫 分析师 SAC执业证书编号：S1110518070001 mahe@tfzq.com 赛灵思水暖先知，紫光同创自主创新引领国产奋起追 FPGA：通信领域中不可替代，5G发展中不可或缺 FPGA在通信领域中获得广泛应用，主要鉴于它的可编程灵活性，在通讯协议经常变化和升级的情况下具有不可替代的地位。在5G时代，FPGA更是不可或缺。我们认为市场不用担心在5G技术相对确定后，FPGA会面临ASIC的竞争威胁。首阶段FPGA在5G市场上应用为2-3年左右，随着技术的迭代，新的市场机会又会出现，因此FPGA的需求并不会降低。在用量和功耗上，5G基站是千万级别建设量，与手机的10亿级别难相当，所以改用固定研发成本较高的ASIC其实不一定划算。加上基站对功耗的容忍度高于手机，因此ASIC的替代价值和必要性并不高。另外，以华为为代表的设备商在自研上以5G小微基站应用为主，我们认为在对数据传输计算、集成能力要求更高的宏基站中，赛灵思的高端FPGA方案仍然不可或缺。 通信为主，AI计算为辅，将成为FPGA加速催化剂 5G市场将在今年迎来建设大潮。以韩、中、美、日为代表的真正需求放量也将在2020年全面展开。5G时代对基站射频芯片，在连接速度、延时、连接密度、频谱带宽的要求更高。加上宏微基站的数量也较4G有一定的增量，拉动FPGA的量价齐升。另外，Massive MIMO技术、云RAN、新的基带和RF架构等5G关键技术，拥有较长的迭代升级过程和较大的技术不确定性，均需要FPGA作为解决方案。AI推理端从数据中心到边缘计算，需要实时处理/加速定制化的计算，FPGA也能发挥可编程性和矢量运算的优势，有望带来额外的增长空间。 国内以紫光同创为龙头，领先同行1代，高中低端场全面布局 国内FPGA市场以紫光同创、上海安路、广州高云半导体为代表，也正在探索从消费级到通信端的市场机会。国内企业目前工艺技术最高且正在量产的是40nm级，并在积极研发28nm级产品，整体工艺水平较赛灵思落后约2-3代。紫光同创身为国内FPGA龙头，也是“紫光系”公司，获紫光国微持股36.5%；拥有国内行业最多的专利技术，最先进的生产工艺，其40nm产品可达2000+万门，对比国内同行200万门左右的55nm和65nm级产品，较紫光的工艺落后1代。紫光正在研发的28nm级产品设计最大规模为3000万门、数据速率12.5G；而国内同行的设计定义约为2000-2500万门、数据速率6.6-6.8G左右。紫光预计到2020年下半年国内企业都会有28nm级的样品推向市场，但各家产品性能与成熟度有所不同，紫光在千万门级有一定技术优势，28nm自主产权FPGA产品的催熟量产发货时间点，预计比国内同行提前至少1年时间。公司希望通过高中低端FPGA市场全面布局引领国内FPGA产业的发展。 5G蓄势待发，赛灵思水暖先知 我们看好赛灵思在5G时代的建设引领属性。公司技术领先，增厚壁垒：Xilinx领先市场推出16nm全可编程RFSoC架构，为5G部署提供了更快的上市时间及灵活性，以及更高的集成度和更长的生命周期；通过进一步增加异构、多核计算处理等性能，提高技术壁垒和产品不可替代性。赛灵思Q1通信业务继续亮眼，营收同比大涨74%，业务占比提升至41%。 FPGA通讯领域基本为赛灵思和Altera所垄断，下游客户以5G设备供应商和移动运营商为主。早在4G时代赛灵思便享受到基站建设热潮，12、13年相关产品营收同比增速达到81/85%。目前仍受益于4G的升级周期，主流产品为28nm工艺，并随着20、16nm的渗透和7nm面市推动技术进步。而作为5G早期部署阶段的绝对龙头，赛灵思揽获了行业客户超过90%的Pre-5G部署和超80%的5G测试设备。公司水暖先知，预计在5G无线可及市场规模达21亿美元。我们认为，公司错过了AI其实也无妨。赛灵思虽然也努力参与到下游推理端和边缘计算中，但下游市场竞争激烈，在全球数据中心Capex放缓的大环境下，较难为赛灵思带来足够增量（数据中心业务19Q1同比-7%）。风险提示：研发投入大于预期，研发周期长于预期，市场需求不及预期等。 20757447/36139/20190516 13:41 行业报告 | 行业动态研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 1. 【天风海外&电子】FPGA专家电话会议纪要 时间：2019年5月14日16:30 嘉宾：紫光同创营销副总裁包朝伟博士 & 紫光同创市场总监吕喆先生 【主持人】：今天我们有幸邀请到国内FPGA龙头紫光同创营销副总裁包朝伟博士及市场总监吕喆先生，为我们做中美FPGA格局对比，并介绍国内FPGA企业的发展情况。首先我为大家做基本背景介绍，FPGA依托电路级别的通用性和可编程灵活性，在通信、消费电子、汽车、数据中心、工业军工等市场均占有重要地位。全球FPGA市场呈现“两大一小”格局，“两大”赛灵思与Altera合计市占率达90%左右，主要布局5G以及AI，主打异构多核及自适应加速平台；“一小”Lattice主要面向IoT市场，另外Microsemi主要聚焦航空航天和军工市场。以赛灵思与Altera为代表的国外龙头工艺技术已达7nm、10nm级，可实现4-5亿门器件规模。5G、数据中心云计算、AI推理边缘计算、物联网及工业互联等，正在成为全球FPGA市场规模增长的主要驱动力。MRFR预测2018年全球FPGA市场规模约为63亿美元，预计到2025年将达125亿美元。 目前我们看好赛灵思在5G市场中的表现，最新季度通信业务同比增74%，这也是赛灵思收入占比最大的业务，约41%。接下来有请两位嘉宾为我们详细介绍FPGA在5G应用中是否有被替代性及基站设备供应商对FPGA的采购等情况。 【包总】：紫光同创是目前国内做国产FPGA芯片规模最大、产品性能最高的厂商，我在公司负责市场营销，今天与我一同参会的吕喆先生是我们的市场总监，拥有多年市场积累，对国内外FPGA产品应用及市场分析均拥有丰富的经验。 【吕总】：我为大家梳理一下目前国内外FPGA市场的基本情况及主要公司。整体FPGA市场在近几十年来的市场格局几乎没有变化，常年来市场份额第一、第二分别为赛灵思与Altera（已于2015年被英特尔收购，目前为英特尔的PSG可编程方案事业部），两者合计市占率达90%左右，而第三、第四分别为Lattice与Microsemi，这四家公司均为美国公司，合计全球市占率接近100%。从FPGA规模来看，2018年赛灵思/Altera/Lattice/Microsemi销售额分别为30亿/21亿/4亿/3-3.5亿美元，合计约60亿美元的市场规模。目前赛灵思和英特尔主要布局的方向为数据中心、5G以及AI，主打的平台为异构多核及自适应加速器平台，这种平台对FPGA芯片的性能要求非常高，一般为16nm，甚至是10nm、7nm，同时对硬件的计算能力、软件工具链的配合度都有非常高的要求。Lattice主要聚焦消费、工业互联等领域，目前最高的工艺技术为40nm级。Microsemi在工艺方面与上述三家有所不同，采用反熔丝工艺，具备独到的加密性或安全性的特点，因此其主要聚焦航空航天、军工及其他与加密相关的市场。 国内FPGA市场较为出名的企业有紫光同创、上海安路、广州的高云半导体，其中规模最大、产品性能最高的为我们紫光同创。我们在高中低端FPGA市场均有布局，我们公司最高端的器件是180k逻辑规模的器件，虽然相较于国外龙头来说是比较中低端的产品，但器件已经是目前国内水平最领先的产品，国内许多友商可达到的最大逻辑规模仅为20k左右。180k的产品主要应用于通信领域，而我们的中低端20k及其他更小规模的产品则应用于工业控制领域。我们的友商如上海安路、广州高云的产品主要自下而上布局，以消费类或其他进入门槛较低的FPGA产品为接入点，来获取快速的体量增长。因此我们的布局战略与国内其他友商略有不同。 20757447/36139/20190516 13:41 行业报告 | 行业动态研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 【主持人】：国内外FPGA生产商的工艺对比情况？ 【嘉宾】：国外企业如赛灵思、英特尔的工艺技术已达7nm、10nm级，国内企业目前工艺技术最高且正在量产的是40nm级，28nm级的芯片仍在研发中，国内我们的工艺水平较赛灵思落后约2-3代，我们的产品比国内同行领先至少一代。 【主持人】：国产企业对后续产品的规划？ 【嘉宾】：紫光同创为紫光集团旗下负责可编程业务的专业化公司，目前紫光同创归属紫光集团控股的上市公司紫光国微管理，其持有紫光同创约36.5%的股份，紫光国微下设多种电子器件业务，包括智能芯片、特种行业集成电路、存储器芯片、FPGA、晶体等，我们紫光同创负责FPGA商用产品的研发与销售。目前我们最高性能的40nm级产品，可达2000+万门，而对比国内其他友商还在生产200万门左右的55nm和65nm级产品，较紫光同创工艺落后1代。 从国内企业对未来产品的规划来看，上海安路、广州高云及我们这几家公司均在研发28nm的产品中，我们对28nm的设计最大规模定义为3000万门、数据速率12.5G；而国内友商的设计定义约为2000-2500万门、数据速率6.6-6.8G左右，仅为紫光同创的一半，且通信应用会少一点。预计2020年下半年国内企业都会有28nm级的样品推向市场，但各家产品的性能与成熟度将有所不同，我们公司在千万门级有一定技术优势，28nm自主产权FPGA产品的催熟量产发货时间点，估计会比国内友商提前至少1年时间。再来对比一下国外企业的产品推进，赛灵思与Altera已经推进至7nm、10nm的进程中，器件可实现的规模达4-5亿门，数据速率目前已达约30.75G，未来可达56G甚至112G。 【主持人】：FPGA在5G应用中具体有哪些优势？对比比特币挖矿机中的GPU已经被ASIC所取代，是否未来通信领域5G市场成熟后，其中应用的FPGA也会被ASIC所取代？ 【嘉宾】：通信行业分为有线及无线两个板块，FPGA在无线通信板块主要应用在无线网中的无线接入和无线回传部分。4G时在基站传统的射频拉远单元RRU及基带处理单元BBU中均有大量使用FPGA并且未被ASIC取代，RRU与BBU中很多数字信号及接口的处理都需要借助FPGA来完成。5G中FPGA的使用场景与4G类似，我们认为5G中FPGA的使用价值与4G会更大，因为5G基站将RRU与BBU重构为AAU+CU+DU，核心网向用户侧前移，致使数据量和微基站数量会大大提升，因此对FPGA的需求也会增加。此外，5G也新增了Massive MIMO（大规模天线阵列）的新技术，在整个系统运行稳定前还需一段较长的测试时间，这时市场上并不会推出成熟的ASIC专用芯片，因此在整个5G系统方案确定之前，大家会选择使用FPGA芯片，这为FPGA在5G的应用提供了较长的时间窗口，是一个机会。 【主持人】：对于FPGA芯片在数据中心、人工智能方面的应用情况？ 【嘉宾】：FPGA在数据中心里面主要是起CPU加速卡的作用，相当于把CPU的部分数据运算卸载到FPGA里面，CPU擅长标量预算，而FPGA擅长矢量运算，可将部分需要实时处理/加速定制化的计算放到FPGA中去实现。无论是赛灵思还是Altera，其FPGA在数据中