电子：“FPGA五问五答”系列报告四-如何理解FPGA商业模式？龙头竞争优势的来源？

行业研究 东兴证券股份有限公司证券研究报告 2023年12月25日 行业报告 电子 看好/维持 如何理解FPGA商业模式？龙头竞争优势的来源？ 分析师 李美贤电话：13718969817邮箱limx_yjs@dxzq.net.cn 执业证书编号：S1480521080004 ——“FPGA五问五答”系列报告四 投资摘要： FPGA是一个高度集中的市场，龙头赛灵思占据过半份额，前4名玩家合计份额90%+。凭借高进入壁垒，清晰且确定的竞争格局，美股FPGA厂商的估值在同类数字芯片公司中均位居前列。此外，龙头赛灵思在快速增长的市场，维持了近20年50%+的市场份额，以及较高的ROIC水平，足以说明其极强的竞争优势。 我们在系列报告一《FPGA给用户提供了什么价值？》中，阐述了FPGA的价值在于高灵活的特性和高并行的架构，我们亦提到了FPGA竞争的关键点在于：制程领先、产品定义、架构创新以及EDA工具的易用性。在本篇系列报告四中，我们将阐述FPGA清晰的竞争格局背后的原因，通过对FPGA全球三大公司Xilinx、Altera和Lattice的发展历史进行了详尽的复盘，系统地回答这些问题：FPGA商业模式的本质是什么？FPGA厂商自身的价值在哪里？为什么龙头能有这么强的护城河？ 我们认为，FPGA的商业模式的本质是，用高标准化的芯片覆盖长尾市场以产生经济性，龙头之所以能有强的垄断性份额，是因为其在一种客户锁定下的规模经济下运作，使得龙头可以在多轮迭代中不断积累自身优势，侵蚀其他玩家的份额，在这一过程中，落后的厂商不断被淘汰，而行业的进入壁垒在不断地提高。赛灵思成为龙头的原因在于：1）制程领导者；2）对客户的需求把握最好，优秀的竞争策略制定和执行能力；3）生态的培养效果最好。 复盘1990-2022年FPGA竞争格局演变，我们发现了什么？制程竞争是贯穿FPGA整个发展历史的竞争主线，制程领先是FPGA 市场份额最直接的决定因素。除此之外，在FPGA发展的不同阶段，有着不同的阶段竞争主线，实质是FPGA不同阶段的性能突破点：门级数竞争是FPGA厂商第一阶段的竞争主线（1984-2000），FPGA不断提升自身容量以获得替代ASIC的市场，门级数领先者往往获得大部分市场份额。集成度竞争是FPGA厂商第二阶段的竞争主线（2000-2010），将板上分立的DSP等器件纳入到FPGA，背后是减少电路面积、降低功耗和系统成本的需求，先推出高集成度FPGA的厂商获得了更多的替代DSP等竞争产品的份额。异构化竞争是FPGA目前的竞争主线（2010-今），FPGA厂商竞相推出SoCFPGA，通过将板上的CPU等处理器嵌入到FPGA中，使得SoC既具备CPU的灵活性，又具备FPGA的高并行计算能力，进一步提升系统性能、减少板上面积和功耗，不断并获得来自嵌入式处理的市场。 FPGA商业模式的本质？用高标准化的芯片覆盖长尾市场以产生经济性，这些小批量应用累积起来的出货量足以支撑FPGA的制程不断升级。FPGA是高度标准化的芯片，通过改变FPGA中LUT4里面的16位掩码，就能灵活地对应不同的组合电路，再结合 寄存器，可以完成时序电路的功能，从而实现任意电路的“可编程”。随着芯片制程的提升，研发成本变得愈发昂贵，为小批量的应用开发一颗ASIC/ASSP变得越来越不经济，越来越多的客户转向使用FPGA。 为什么龙头能有这么强的护城河？因为其在一种客户锁定下的规模经济下运作，使得龙头可以在多轮迭代中不断积累自身优 势，侵蚀其他玩家的份额，在这一过程中，落后的厂商不断被淘汰，而行业的进入壁垒在不断地提高。 FPGA如何锁定客户？由于最关键的布局布线只能在FPGA厂商自己的EDA中进行，使得FPGA的软硬件形成极强的绑定。如无必要，客户通常不会更换FPGA厂商，而是根据自身的量产计划每年重复订购，展现非常强的客户粘性。同样地，为了减少转换成本，客户会倾向于沿用上一代FPGA的供应商，跨代际的客户黏性也非常强。 如何理解FPGA的规模经济？价格上，FPGA有着非常陡峭的降价曲线；需求上，出货量的顶峰一般在第5-6年达到，这使得FPGA生命周期中约60%的收入在前6年发生，后9年FPGA参与者通常面对的是量价齐跌的市场。由于量大的客户在前两年就会被领先的玩家锁定，如果不能做到前两年内推出新一代制程的产品，基本就会错失这一代产品市场收入最多的阶段。因此， 对于FPGA厂商来说，竞争策略就是尽可能领先对手推出新一代的产品，在前2年完成尽量多的Design-wins，以获得更多被锁定的客户。在获得强劲的Design-wins之后，FPGA厂商凭借HVM（High-VolumeManufacture）阶段的大量订单迅速降低成本，并进一步开启激进的降价，以阻止落后的竞争者进入。由于FPGA的EDA和硬件强绑定的特性，客户转换成本极高，FPGA的头部厂商在获客成本上出现规模经济，高的在位优势进一步提升了行业的进入壁垒。在2-3轮制程迭代后，落后的厂商愈发无法获得足够的收入以投入到下一代产品的开发，选择退出，市场上其他玩家的比例会大幅减少，市场份额会向头部集中，清晰的格局使得FPGA头部厂商的毛利率均稳定维持在60%+的高水平区间。FPGA龙头在研发上同样具有规模经济。此外，FPGA厂商收入曲线的本质是每一代产品收入曲线的叠加，必须每2-3年推出新品，以避免产品周期造成的收入下滑。 我们从FPGA的客户的视角分析，发现客户对FPGA主要有两大诉求：一是为自己的产品获得竞争力的提升，二是降低开发的风险。从客户的视角延伸到FPGA竞争的关键因素，我们总结为以下六点：客户关系、产品、IP库、软件、制造和运营能力。我们认为，赛灵思成为龙头的原因在于：1）制程领导者。2）对客户的需求把握最好，优秀的竞争策略制定和执行能力。3）生态的培养效果最好。 风险提示：下游需求不及预期，中美贸易摩擦加剧。 P3 东兴证券深度报告 如何理解FPGA商业模式？龙头竞争优势的来源？——“FPGA五问五答”系列报告四 目录 1.复盘1990-2022年FPGA竞争格局演变，我们发现了什么？6 2.FPGA商业模式的本质以及龙头竞争优势的来源？10 3.FPGA厂商之间的竞争，究竟在“拼什么”？龙头赛灵思如何培育竞争优势？17 4.风险提示21 相关报告汇总22 插图目录 图1：1990-2022年全球FPGA市场TOP4厂商市场份额变迁4 图2：FPGA龙头Xilinx常年维持稳定的大比例份额（50%+），且ROIC稳定在15%以上，竞争优势极为突出5 图3：FPGA厂商以稳定的高毛利、确定的市场份额，估值在数字芯片中位居前列（平均PE）5 图4：1990-2022年全球FPGA市场TOP4厂商市场份额变迁及背后的驱动力6 图5：90年代FPGA门级数竞争下，领先的厂商往往获得大部分份额，Altera曾凭借门级数领先在市占率上反超Xilinx7 图6：2000-2010，FPGA厂商在集成度上开展竞争8 图7：异构竞争是FPGA行业自2010年开始的竞争主线9 图8：FPGA面向的是小批量应用，累积的经济性是其能够不断替代ASIC的原因10 图9：FPGA的价格、需求以及生命周期内收入变化曲线11 图10：为什么说制程领先对FPGA非常重要？11 图11：FPGA头部玩家在客户获取上的规模优势12 图12：FPGA的价格、需求以及生命周期内收入变化曲线模拟13 图13：FPGA龙头拥有极强的护城河，历史上许多玩家撑不过5年，退出者中不乏TI、三星等大型半导体公司14 图14：FPGA三大厂商Xilinx，Altera和Lattice自90年代以来稳定的高毛利15 图15：FPGA龙头研发上的规模经济15 图16：FPGA厂商的产品周期如何影响收入？16 图17：从FPGA客户的视角，发现FPGA竞争的关键要素：如何更好地满足客户的需求？FPGA公司的价值在哪里？17 图18：FPGA的竞争关键因素，以及龙头赛灵思在这些因素上的独特优势18 图19：Altera曾经因为Excalibur丢失了大部分市场份额19 图20：Xilinx和Altera/Intel如何培养用户黏性？20 P4 东兴证券深度报告 如何理解FPGA商业模式？龙头竞争优势的来源？——“FPGA五问五答”系列报告四 我们在系列报告一《FPGA给用户提供了什么价值？》阐述了FPGA的价值在于高灵活性及高并行超低时延的计算能力，我们亦提到了FPGA竞争的关键点在于：制程领先、产品定义、架构创新以及EDA工具的易用性。在本篇系列报告四中，我们将系统地回答这些问题：FPGA厂商自身的价值在哪里？FPGA厂商的竞争究竟在拼什么？龙头赛灵思是如何培育竞争优势的？ FPGA是一个高度集中的市场，龙头赛灵思占据过半份额，前4名玩家合计份额90%+。根据 Marketsandmarket数据及我们估算，2022年，FPGA龙头赛灵思全球市场占有率为50%，与第二名英特尔 （收购Altera）的25%拉开了明显差距，而作为行业第三、第四名的Lattice和Microchip（收购Microsemi）市场份额接近，均不超过10%。行业呈现高度集中态势，CR4超过90%，且均为美国公司。其中，龙头赛灵思在2003年市占率超过50%，在随后20年间，基本保持在50%以上。 图1：1990-2022年全球FPGA市场TOP4厂商市场份额变迁 注：Microchip数据包括前Actel、Microsemi的市场份额。 资料来源：Xilinx，Altera，Lattice，Microchip，EETimes，Dataquest，PaceTechnologies，iSuppli，IHSMarkit，Marketsandmarkets，Concordia，东兴证券研究所绘制 龙头赛灵思维持了近20年的50%+的市场份额，以及较高的ROIC水平，足以说明其极强的竞争优势。赛灵思自1984年发明FPGA以来，市场份额从1990年的18%一路爬升到2003年的50%，并在随后20年间基本维持在50%上下，而在1990-2019近30年间，FPGA市场复合增长率为14%，一直保持着较高速度 的增长。赛灵思在03年后的ROIC一直维持在15%上下的较高水平，并在2018-2019年爬升至20%+。在一个快速成长的行业中，龙头能在15%+的ROIC水平维持近20年的50%的市场份额，足以说明FPGA龙头有着非常强的竞争优势。 P5 东兴证券深度报告 如何理解FPGA商业模式？龙头竞争优势的来源？——“FPGA五问五答”系列报告四 图2：FPGA龙头Xilinx常年维持稳定的大比例份额（50%+），且ROIC稳定在15%以上，竞争优势极为突出 资料来源：Xilinx，EETimes，Dataquest，PaceTechnologies，iSuppli，IHSMarkit，Marketsandmarkets，Concordia，Bloomberg，东兴证券研究所绘制 美股FPGA公司高估值的原因？高进入壁垒，清晰且确定的竞争格局。FPGA虽然是一个不大不小的市场 （2022全球83亿美元），但凭借高进入壁垒，以及确定且清晰的竞争格局，使得美股FPGA厂商的估值在同类数字芯片公司中均位居前列。 图3：FPGA厂商以稳定的高毛利、确定的市场份额，估值在数字芯片中位居前列（平均PE） 资料来源：Bloomberg，东兴证券研究所 P6 东兴证券深度报告 如何理解FPGA商业模式？龙头竞争优势的来源？——“FPGA五问五答”系列报告四 1.复盘1990-2022年FPGA竞争格局演变，我们发现了什么？ 制程竞争是贯穿FPGA发展历史的竞争主线，制程领先是FPGA市场份额最直接的决定因素。FPGA的通用性使其走线和面积比起ASIC来说不是最优。因此，FPGA必须在制程上做到领先ASIC或者ASSP数代，以带来更有竞争力的性能表现，