逻辑芯片 头豹词条报告系列

Leadleo.com 客服电话：400-072-5588 逻辑芯片头豹词条报告系列 唐 唐文卿 2023-03-30未经平台授权，禁止转载版权有问题？点此投诉 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 行业： 逻辑芯片 CPU DPU GPU ASIC FPGA 关键词： 行业定义 逻辑芯片(ProgrammableLogicDevice，PLD)也称… AI访谈 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，… AI访谈 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… AI访谈 发展历程 逻辑芯片行业 目前已达到3个阶段 AI访谈 产业链分析 上游分析中游分析下游分析 AI访谈 行业规模 2021年全球逻辑芯片市场规模约为1548.37亿美元，同… AI访谈数据图表 政策梳理 逻辑芯片行业相关政策5篇 AI访谈 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… AI访谈数据图表 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 逻辑芯片(ProgrammableLogicDevice，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。[1] [1]1：https://baijiahao.b… 2：同花顺 逻辑芯片行业分类 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）。[2] CPU 中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）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GraphicProcessingUnit，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。 逻辑芯片分类 ASIC ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）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（FieldProgrammableGateArray），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。 [2]1：https://baike.baid… 2：https://www.leadle… 3：https://baike.baid… 4：https://baijiahao.b… 5：https://baijiahao.b… 6：未来智库、国泰君安证… [3]1：https://baike.baid… 2：https://www.leadle… 3：https://baike.baid… 4：https://baijiahao.b… 5：https://baijiahao.b… 6：未来智库、国泰君安证… 逻辑芯片行业特征 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%。[4] 1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%。 [5 2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。 3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。 [4]1：http://www.leadin… 2：https://baijiahao.b… 3：PassMark、新浪财经、… [5]1：http://www.leadin… 2：PassMark 逻辑芯片发展历程 1970年为逻辑芯片的萌芽期，可编程逻辑阵列(PLA)造就可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种产品。1980年进入到逻辑芯片的启动期，可配置可编程逻辑阵列(PAL)和可编程逻辑器件（PLD）相继出现，也使赛灵思于1984年发明了世界首款FPGA。在该阶段FPGA芯片市场规模较小，主要应用于通信和军事领域，生产厂商有Altera和Xilinx等。从1991年开始，逻辑芯片FPGA进入到高速发展期，1991年Xilinx公司推出其第三代FPGA产品——XC4000系列，之后人们开始认真思考可编程技术，FPGA在不断地紧跟并推动着半导体工艺的进步。整个20世纪90年代，FPGA的系统化和大规模化趋势非常明显，因此搭载MPU和DSP等硬核模块也成为了必然趋势。进入21世纪10年代之后FPGA行业的垄断化加剧。21世纪00年代中期起家的新兴FPGA厂商部分被收购，部分倒闭。行业内最大的两家厂商Xilinx和Altera 占据了超过八成的市场份额，而仅剩的两成中的大部分又被中坚厂商Lattice和Actel瓜分。[6] 萌芽期1970~1980 1970年可编程逻辑阵列(PLA)造就可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和 电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种产品。 由于其结构的限制，只能完成简单的数字逻辑功能，因此称为可编程制度存储器（PROM、EPROM 和EEPROM） [7 启动期1980~1990 1.1980年之后，可配置可编程逻辑阵列(PAL)开始出现，可以使用原始的软件工具提供有限的触发器 和查找表实现能力。2.赛灵思于1984年发明了世界首款FPGA。3.PAL/GAL阶段：能够过“与”和“或”阵列完成逻辑组合运算功能，统称为可编程逻辑器件（PLD） 早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。FPGA兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活，但处于早期发展阶段，市场规模较小，主要应用于通信和军事领域，生产厂商有Altera和 Xilinx等。 高速发展期1991~2023 1991年Xilinx公司推出其第三代FPGA产品——XC4000系列，之后人们开始认真思考可编程技术。 2.FPGA在不断地紧跟并推动着半导体工艺的进步：2001年采用150nm工艺、2002年采用130nm工艺，2003年采用90nm工艺，2006年采用65nm工艺CPLD/FPGA阶段：能够实现超大规模电路（数百门），同时具有灵活度 整个20世纪90年代，FPGA的系统化和大规模化趋势非常明显，因此搭载MPU和DSP等硬核模块也成为了必然趋势。进入21世纪10年代之后FPGA行业的垄断化加剧。21世纪00年代中期起家的新兴FPGA厂商部分被收购，部分倒闭。行业内最大的两家厂商Xilinx和Altera占据了超过八成的市场份额，而仅剩的两成中的大部分又被中坚厂商Lattice和Actel瓜分。 [6]1：https://mp.weixin.… 2：https://blog.csdn.… 3：https://baijiahao.b… 4：头豹研究院、百度文库… [7]1：https://blog.csdn.… 2：https://baijiahao.b… 3：https://mp.weixin.… 4：头豹研究院、百度文库…