各取所需的CPLD見證多行業(yè)強勁需求，競爭卷在頭部

Future Market Insights（FMI）在《2023-2033年CPLD市場展望》中指出，2022年全球CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）市場規(guī)模為5.923億美元，預(yù)計2023年可達6.34億美元，復(fù)合年增長率將達7.8%。2033年將增至13.35億美元。

由于以Marocell（宏單元）為基本單元的CPLD可自定義并執(zhí)行多個邏輯功能，工藝制程僅為微米級的CPLD正見證著來自多個行業(yè)的強勁需求。

30年CPLD經(jīng)久不衰

CPLD是一種比PLD（可編程邏輯器件）更復(fù)雜的邏輯元件。PLD最早誕生于20世紀70年代。由于其硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計可由軟件完成，就像蓋好房子后再設(shè)計室內(nèi)結(jié)構(gòu)一樣，其設(shè)計比純硬件數(shù)字電路靈活性更強，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)規(guī)模較小的電路。

為彌補PLD的缺陷，20世紀80年代中期出現(xiàn)了CPLD，目前已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、汽車電子、數(shù)控機床、航天測控設(shè)備中等。

事實上，CPLD是一種用戶可根據(jù)各自需要自行構(gòu)建邏輯功能的數(shù)字IC，主要由可編程I/O單元、基本邏輯單元、布線池和其它輔助功能模塊構(gòu)成。它基于EEPROM工藝，具有非易失特性，可重復(fù)寫入。

CPLD架構(gòu)

CPLD的基本設(shè)計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法生成相應(yīng)的目標文件，通過在系統(tǒng)編程將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。

世界上最大門數(shù)的CPLD來自Cypress公司（已被英飛凌收購），它采用0.18微米、六層金屬工藝制造，應(yīng)該說集成度并不高，但卻已是這類器件所采用的最尖端工藝了。

為了提供更完整的SoC解決方案，CPLD更頻繁地與MCU或CPU集成，除了數(shù)字邏輯功能外，現(xiàn)在單個器件還可以提供控制和處理能力。

由于對電池供電和低功耗解決方案的需求，CPLD的功率效率一直備受關(guān)注，制造商正試圖通過優(yōu)化CPLD架構(gòu)使功耗最小化。

在安全方面，CPLD制造商正在為其產(chǎn)品增加更多安全措施，如安全引導(dǎo)和基于硬件的加密等功能，以防止篡改和不必要的訪問。

多種因素推動CPLD需求

汽車電子產(chǎn)品的日益成熟，包括ADAS和車載信息娛樂，正在推動對CPLD的需求。例如，利用安裝在車上的各種傳感器（如雷達、攝像頭和激光雷達等）來感知周圍環(huán)境，實現(xiàn)實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理。這些傳感器需要高性能的CPLD進行高速數(shù)據(jù)處理和邏輯控制，以確保ADAS的準確性和可靠性。

隨著市場競爭加劇，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快，設(shè)計規(guī)范也經(jīng)常發(fā)生變化。CPLD具有高度靈活性和可定制性，能夠快速適應(yīng)設(shè)計規(guī)范變化，滿足不同產(chǎn)品需求和消費者個性化、差異化需求，還有助于提高產(chǎn)品的性能和可靠性，縮短研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。

基站和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等通信系統(tǒng)的復(fù)雜性也在推動CPLD的采用，以滿足高速、高效的數(shù)據(jù)處理、信號轉(zhuǎn)換和邏輯控制要求，并根據(jù)不同的通信標準和協(xié)議進行定制化開發(fā)，滿足通信系統(tǒng)的特殊需求。

隨著對電子設(shè)備能耗的持續(xù)注度，節(jié)能已成為電子設(shè)計必須考慮的重要因素。CPLD能夠根據(jù)具體應(yīng)用需求進行定制化開發(fā)，提高能源利用效率，還具有高速數(shù)據(jù)處理和信號處理能力，實現(xiàn)更加高效、可靠的電子系統(tǒng)控制和管理，進一步降低系統(tǒng)整體能耗。

診斷設(shè)備和可穿戴健康設(shè)備的創(chuàng)新也在推動CPLD的需求。越來越智能和精細化的設(shè)備需要高性能的CPLD進行高速數(shù)據(jù)采集/處理/轉(zhuǎn)換/傳輸、邏輯控制、圖像分析等。

至于CPLD市場的制約因素，主要有以下幾方面：電子系統(tǒng)日益復(fù)雜，對CPLD的無縫集成提出了挑戰(zhàn)；電源效率仍是CPLD面臨的重大挑戰(zhàn)，尤其是在電子系統(tǒng)需要更低功耗的情況下；在資源限制范圍內(nèi)，用CPLD滿足復(fù)雜設(shè)計需求有一定難度；復(fù)雜應(yīng)用中CPLD編程復(fù)雜性給設(shè)計者帶來了開發(fā)時間和資源方面的挑戰(zhàn)。

未來市場需求和趨勢分析

緊湊和小型化電子設(shè)計，特別是IoT和邊緣計算、可穿戴設(shè)備對CPLD的需求殷切。而將FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）和CPLD結(jié)合的混合解決方案越來越受歡迎。

通常，與CPLD相比，F(xiàn)PGA的優(yōu)點包括：集成度更高，具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實現(xiàn)；布線靈活，但延時與系統(tǒng)布局、布線有關(guān)；細粒度結(jié)構(gòu)，內(nèi)部連線資源豐富，芯片的利用率較高；功耗較小。缺點包括：速度較慢；編程信息需存放在外部存儲器上，使用復(fù)雜；保密性較差；價格較高。

隨著電信、汽車和工業(yè)自動化等多個行業(yè)電子系統(tǒng)復(fù)雜性的升級，CPLD無需進行重大的硬件重新設(shè)計，成為快速原型設(shè)計和適應(yīng)不斷發(fā)展的標準的一個重要因素。

5G網(wǎng)絡(luò)的推出和擴展為CPLD提供了支持基礎(chǔ)設(shè)施，滿足高速和低延遲的機會。另外，越來越多的開源硬件開發(fā)平臺也在推動CPLD的廣泛采用。同時，3D IC等制造技術(shù)的改進則在推動CPLD的發(fā)展，從而創(chuàng)造出更緊湊、更有效、容量更大的器件。

相比之下，到2033年，F(xiàn)PGA市場預(yù)計將以7.6%的CAGR增長。FPGA適應(yīng)性強的硬件吸引了深度學(xué)習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和推理工作等應(yīng)用，其將進一步推動目標市場的發(fā)展。隨著對網(wǎng)絡(luò)安全的日益重視，F(xiàn)PGA正被用于硬件級別的安全實現(xiàn)。

不同國家CPLD增長不一

從不同國家的預(yù)期增長來看，印度仍將是CPLD公司利潤豐厚的市場，其CAGR為11.6%；中國和法國將分別達到10.2%和10.5%。

不同國家的預(yù)期增長

在消費市場蓬勃發(fā)展、不斷加大數(shù)字化力度以及“印度制造”等政府舉措推動下，印度的電子和半導(dǎo)體行業(yè)正在快速增長。為了加強印度在全球電子制造業(yè)中的地位，CPLD在滿足可定制和快速部署的數(shù)字解決方案需求方面發(fā)揮了重要作用。印度正在推動醫(yī)療保健、金融和電信等行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就越來越多地采用自動化、IoT和智能技術(shù)，為CPLD的顯著增長創(chuàng)造了有利環(huán)境。

法國將CPLD作為設(shè)計定制數(shù)字電路的一個通用平臺，不斷增加研發(fā)活動，以滿足航空航天、電信和汽車行業(yè)的各種需求。隨著制造商對相關(guān)研發(fā)的投資，CPLD的應(yīng)用將更加廣泛。

隨著中國繼續(xù)作為全球制造業(yè)中心，CPLD在電子設(shè)計和定制中的關(guān)鍵作用正在上升?？焖僦谱鲾?shù)字電路原型和調(diào)整數(shù)字電路的能力符合中國快速發(fā)展的電子市場的特點。伴隨中國各行業(yè)越來越認識到可重構(gòu)電子系統(tǒng)的優(yōu)勢，CPLD有望被廣泛采用。

德國是工業(yè)4.0的全球領(lǐng)導(dǎo)者，強調(diào)智能制造，并將數(shù)字技術(shù)融入工業(yè)流程，對CPLD的需求可能也會飆升。CPLD具有適應(yīng)性和可配置性，可編程解決方案可以定制自動化系統(tǒng)中的數(shù)字邏輯功能，有助于提高制造業(yè)的效率和靈活性。

美國CPLD市場的增長主要源于數(shù)字化快速滲透和電子設(shè)計的持續(xù)創(chuàng)新。CPLD為設(shè)計者提供了一個實現(xiàn)自定義邏輯功能的通用平臺，以實現(xiàn)快速原型設(shè)計和迭代。美國企業(yè)都在尋求能適應(yīng)新興趨勢方面具有靈活性的解決方案，CPLD恰恰可以發(fā)揮關(guān)鍵作用，能夠快速高效地開發(fā)出產(chǎn)品，促進不同行業(yè)的電子創(chuàng)新。

哪類CPLD更受歡迎？

眾所周知，EEPROM即使在電源關(guān)閉時也能保留存儲的信息，因此非常適合數(shù)據(jù)持久性關(guān)鍵的應(yīng)用。在CPLD中，EEPROM使器件能夠通過電源循環(huán)保持其編程狀態(tài)，在需要重新配置和定制的情況下尤其有利，有助于在電信、汽車和消費電子等行業(yè)廣泛采用基于EEPROM的CPLD。2022年EEPROM CPLD的市場份額為62.4%，預(yù)計CAGR將達7.2%，而閃存CPLD的CAGR為8.7%。

從IC封裝領(lǐng)域來看，TQFP封裝CPLD預(yù)計將在2033年前占據(jù)主導(dǎo)地位，CAGR將達到9.8%，其中電信應(yīng)用預(yù)計將以10.2%的CAGR激增。

TQFP具有緊湊而薄的外形，非常適合板空間非常寶貴的應(yīng)用。在電子設(shè)備變得越來越緊湊和便攜的時代，TQFP滿足了對更小、更輕組件的需求。它有助于設(shè)計師將CPLD集成到空間受限環(huán)境中，如IoT設(shè)備、可穿戴設(shè)備和其它緊湊型電子系統(tǒng)。小型化、熱性能和SMT兼容性的綜合優(yōu)勢使TQFP CPLD具有最高的增長率。

不同封裝CPLD占比

從消費電子到工業(yè)控制系統(tǒng)，許多應(yīng)用通常需要具有適度數(shù)量宏單元的CPLD來執(zhí)行所需的邏輯功能，以滿足許多電子系統(tǒng)的復(fù)雜需求，同時與更多宏單元相比提供成本效益更高的解決方案。

從宏單元數(shù)量看，32個宏單元為設(shè)計者提供了足夠的可編程邏輯元件來實現(xiàn)適度復(fù)雜的數(shù)字電路，其多功能性適應(yīng)不同邏輯功能和不同行業(yè)的多種應(yīng)用。因此，32個宏單元的靈活性和成本效益使其主導(dǎo)了市場。

32個宏單元配置實現(xiàn)了成本效益的平衡，吸引了尋求高效解決方案而不影響處理復(fù)雜數(shù)字設(shè)計能力的制造商和設(shè)計師。根據(jù)最新報告，2022年在目標細分市場其市場份額高達23.9%，并有望在2033年以6.8%的CAGR增長。

不同宏單元數(shù)占比

根據(jù)應(yīng)用劃分，電信領(lǐng)域是CPLD應(yīng)用的領(lǐng)先市場。在5G技術(shù)出現(xiàn)、IoT設(shè)備普及以及對高速數(shù)據(jù)傳輸日益增長的需求推動下，電信網(wǎng)絡(luò)正在經(jīng)歷重大變革。

從基站到路由器和交換機，CPLD都能開發(fā)可定制的解決方案，經(jīng)過微調(diào)以優(yōu)化性能并適應(yīng)不斷發(fā)展的電信標準。隨著電信行業(yè)繼續(xù)突破連接和數(shù)據(jù)速度的界限，預(yù)計該行業(yè)對CPLD的需求將大幅增長。

根據(jù)應(yīng)用劃分的CPLD占比

CPLD市場格局已定

CPLD市場的主要參與者優(yōu)先考慮的是持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，包括開發(fā)具有改進的性能、更低的功耗和增強的功能的產(chǎn)品，以滿足各種應(yīng)用不斷發(fā)展的需求。產(chǎn)品創(chuàng)新方面，主要是增加可編程性、更高性能和提高能效等特性。

主要參與者都在通過戰(zhàn)略合作增強能力，加快創(chuàng)新，擴大產(chǎn)品組合，同時希望利用全球?qū)PLD日益增長的需求向新興市場擴張。例如，2022年6月，Lattice擴大了與AMI的合作伙伴關(guān)系，以確保下一代服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心平臺的安全。2023年7月，Microchip投資3億美元擴大其在印度的業(yè)務(wù)，旨在進一步完善研發(fā)設(shè)施。

另外，就是通過并購具有互補技術(shù)或知識產(chǎn)權(quán)的公司，增強整體能力，鞏固市場份額，消除競爭，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。這方面的案例堪稱教科書，全球前三CPLD/FPGA公司Altera、Xilinx和Lattice都在美國，前兩家分別被英特爾和AMD收購。

2016年，中芯國際與美國私募股權(quán)亞太資本擬收購Lattice，遭美國政府否決。2018年，美國私募股權(quán)綠洲控股以18億美元完成對Lattice收購。3家公司最終都花落美國，目前占據(jù)了60%以上的市場份額。

其他公司中Cypress和Atmel分別被英飛凌和Microchip收購，還剩下一個Quicklogic，還有國內(nèi)的一些小公司，收購機會在CPLD領(lǐng)域已基本不復(fù)存在。未來，競爭將在幾家頭部公司間上演。