英偉達(dá)的“鐵墻”，誰(shuí)來攻破？

2023年，為提升國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)在全球范圍的影響力，促進(jìn)和記錄國(guó)內(nèi)芯片的技術(shù)、市場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)程，芯師爺特別策劃《2023年硬核芯產(chǎn)業(yè)專題報(bào)告》。

在《2023年硬核芯產(chǎn)業(yè)專題報(bào)告》中，芯師爺對(duì)芯片IP、EDA、MCU、智能芯片、存儲(chǔ)芯片、射頻芯片、功率器件、通訊芯片、電源管理芯片、信號(hào)鏈芯片、處理器芯片、傳感器等12類芯片產(chǎn)品領(lǐng)域進(jìn)行調(diào)研，通過分析各芯片領(lǐng)域技術(shù)概況、市場(chǎng)格局、發(fā)展趨勢(shì)、代表企業(yè)、代表產(chǎn)品概述，以及應(yīng)用方向等，力求展示現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況。

本篇為系列專題報(bào)告之《擁抱AI算力，我國(guó)處理器自主可控前景可期》，內(nèi)容為2023年國(guó)內(nèi)處理器芯片產(chǎn)業(yè)報(bào)告及產(chǎn)品選型參考。以下為報(bào)告全文：

01主流處理器芯片概述

處理器芯片是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，用于執(zhí)行各種計(jì)算任務(wù)。這些芯片根據(jù)其設(shè)計(jì)和用途可分為多個(gè)類別，包括中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)等。它們具有不同的架構(gòu)、性能特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，如CPU用于通用計(jì)算任務(wù)，GPU專注于圖形和并行計(jì)算，而FPGA可按需定制用于特定任務(wù)。因此，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，選擇適當(dāng)?shù)奶幚砥餍酒陵P(guān)重要。

1.1 CPU定義及特點(diǎn)

CPU全稱為中央處理器（Central Processing Unit），是電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件。CPU負(fù)責(zé)解釋計(jì)算機(jī)指令及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)運(yùn)算。CPU芯片集成有算術(shù)邏輯單元、控制單元、寄存器等部件，可以讀取指令、解碼指令、執(zhí)行指令，協(xié)調(diào)各部件之間的工作，是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“大腦”。與其他芯片不同，CPU可以根據(jù)指令順序變化，執(zhí)行不同的任務(wù)。CPU的時(shí)脈頻率決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，指令系統(tǒng)決定了能執(zhí)行的任務(wù)類型。

1.2 GPU定義及特點(diǎn)

GPU全稱為圖形處理器（Graphics Processing Unit），是一種專門處理圖形圖像任務(wù)的微處理器。GPU通過大規(guī)模并行的流處理器架構(gòu)，能夠非常高效地進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算，特別適合進(jìn)行矩陣計(jì)算。相比CPU更注重串行計(jì)算和控制流，GPU更擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)流計(jì)算。GPU芯片具有更多的運(yùn)算核心和更高的內(nèi)存帶寬，使其在圖像處理、科學(xué)計(jì)算等需要大規(guī)模并行計(jì)算的應(yīng)用中，表現(xiàn)遠(yuǎn)超CPU。近年來，GPU廣泛用于人工智能等新興應(yīng)用中，可大幅提升計(jì)算性能。

1.3 FPGA定義及特點(diǎn)

FPGA全稱為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field-Programmable Gate Array），是一種可編程的集成電路。FPGA芯片由可編程的邏輯塊（CLB）和可編程的互連組成，用戶可以根據(jù)需要通過編程來決定芯片內(nèi)各邏輯塊的功能以及邏輯塊之間的連接方式。與傳統(tǒng)的應(yīng)用特定集成電路ASIC相比，F(xiàn)PGA具有可編程性強(qiáng)、開發(fā)周期短、設(shè)計(jì)靈活性高等特點(diǎn)，可以快速實(shí)施設(shè)計(jì)想法并進(jìn)行功能驗(yàn)證，非常適合中小批量和多種變型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

圖1：CPU、GPU、FPGA特點(diǎn)對(duì)比，資料來源：百度百科、CSDN

02中國(guó)處理器芯片的市場(chǎng)格局

2.1 國(guó)產(chǎn)CPU的四大技術(shù)路線

指令集是計(jì)算機(jī)運(yùn)行指令的集合，是一本計(jì)算機(jī)運(yùn)行的“詞典”，也是CPU底層的核心技術(shù)之一。國(guó)產(chǎn)CPU廠商出于自身考量，選擇了四種指令集路線，各有優(yōu)劣。

圖2：主流國(guó)產(chǎn)CPU廠商梳理，資料來源：公開資料整理，芯師爺研究院

X86架構(gòu)指令集

無論在服務(wù)器市場(chǎng)還是PC市場(chǎng)，x86處理器都是絕對(duì)的主流。Counterpoint Research的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022年全球服務(wù)器市場(chǎng)上，x86指令集在服務(wù)器CPU市場(chǎng)占比高達(dá)91%。海光和兆芯使用x86架構(gòu)，可以與主流操作系統(tǒng)高度兼容，生態(tài)優(yōu)勢(shì)明顯，但難以獲得最新技術(shù)授權(quán)，只能通過增加物理CPU核心數(shù)量提高性能。

ARM指令集

ARM指令集通過收取授權(quán)費(fèi)，開放授權(quán)給CPU廠商。飛騰和華為鯤鵬采用ARM v8架構(gòu)，性能提升較快，生態(tài)適配較好，并發(fā)布了一系列基于ARM架構(gòu)的PC、服務(wù)器產(chǎn)品。然而，ARM授權(quán)模式同樣是懸在頭上的達(dá)摩克利斯之劍，一旦出現(xiàn)斷供，后續(xù)自主迭代難以為繼。

值得一提的是，2023年7月12日，中國(guó)電子與華為決定合并鯤鵬生態(tài)和PKS生態(tài)，共同打造同時(shí)支持鯤鵬和飛騰處理器的“鵬騰”生態(tài)，攜手產(chǎn)業(yè)界伙伴共同發(fā)展，開創(chuàng)通用算力新格局。

授權(quán)+自研指令集

與前兩者路線不同，龍芯選擇獲得MIPS指令集授權(quán)后自主研發(fā)LoongArch指令集，申威則是在Alpha指令集基礎(chǔ)上自研SW-64指令集，雖然在自主可控方面有其必要性和緊迫性，但其生態(tài)成熟度還有待完善。

其中，龍芯上層應(yīng)用生態(tài)逐步搭建，在黨政及特殊市場(chǎng)都有一定的應(yīng)用，申威產(chǎn)品則側(cè)重特種超算服務(wù)器領(lǐng)域，全可控技術(shù)與生態(tài)均有獨(dú)家壁壘。

自主開源指令集

在六大國(guó)產(chǎn)CPU之外，平頭哥于2019年發(fā)布的RISC-V處理器玄鐵910，將RISC-V架構(gòu)正式帶入大眾視野。RISC-V最大的優(yōu)勢(shì)在于開源免費(fèi)，開放的屬性和豐富的指令集庫(kù)從根本上杜絕了“卡脖子”的可能性，發(fā)展前景廣闊。

從全球市場(chǎng)來看，CPU行業(yè)龍頭集中效應(yīng)顯著，國(guó)產(chǎn)CPU市場(chǎng)空間廣闊。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Counterpoint最新公布的報(bào)告顯示[1]，2022年英特爾占據(jù)服務(wù)器CPU市場(chǎng)70.77%的份額，AMD則占19.84%；在2022年的數(shù)據(jù)中心CPU市場(chǎng)，英特爾有71%的市占率，與2021年相比下滑了16%，AMD則以20%的市占率位居第二。

圖3：2021& 2022全球服務(wù)器CPU市場(chǎng)格局，資料來源：Counterpoint

另?yè)?jù)Mercury Research數(shù)據(jù)[2]，2022年Q4英特爾和AMD桌面CPU全球出貨量份額分別約為68.1%和18.6%，預(yù)計(jì)2026年全球CPU出貨量達(dá)到29億顆，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1336億美元。

2.2 國(guó)產(chǎn)GPU：GPU和GPGPU

當(dāng)前全球PC GPU芯片市場(chǎng)主要由英偉達(dá)、英特爾和AMD三家廠商壟斷，國(guó)內(nèi)廠商加速布局。

圖4：2022年全球GPU市場(chǎng)格局，資料來源：Jon Peddie Research

國(guó)產(chǎn)GPU公司主要有兩大方向，一類是面向圖形處理的GPU芯片，包括景嘉微、芯動(dòng)科技、摩爾線程、芯瞳半導(dǎo)體等；另一類是面向通用計(jì)算的GPGPU芯片，包括寒武紀(jì)、壁仞科技、海光信息、沐曦等。近年來，國(guó)產(chǎn)廠商在GPU賽道發(fā)力，推出了較為成熟的產(chǎn)品，在性能上不斷追趕行業(yè)主流產(chǎn)品，在特定領(lǐng)域達(dá)到業(yè)界一流水平。

圖5：主流國(guó)產(chǎn)GPU廠商梳理，資料來源：企業(yè)官網(wǎng)，芯師爺

不過需要重視的是，盡管國(guó)產(chǎn)GPU在價(jià)格方面有一定優(yōu)勢(shì)，但在生態(tài)建立方面，仍然不如英偉達(dá)完善。業(yè)內(nèi)人士稱“CUDA是英偉達(dá)最深的護(hù)城河”，英偉達(dá)通過建立CUDA生態(tài)聚攏了大批客戶和開發(fā)者，得以稱霸高性能計(jì)算市場(chǎng)。除了CUDA，目前主流的開發(fā)平臺(tái)還包括AMD ROCm以及OpenCL。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)GPU大多兼容英偉達(dá)CUDA，融入大生態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)客戶端導(dǎo)入，仍需逐步建設(shè)生態(tài)系統(tǒng)，提高用戶體驗(yàn)，從而帶來更大的市場(chǎng)份額。

據(jù)Global Market Insights數(shù)據(jù)[3]，全球GPU市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以CAGR 25.9%持續(xù)增長(zhǎng)，至2030年達(dá)到4000億美元規(guī)模。其中AI領(lǐng)域大語(yǔ)言模型的持續(xù)推出以及參數(shù)量的不斷增長(zhǎng)有望驅(qū)動(dòng)模型訓(xùn)練端、推理端GPU需求快速增長(zhǎng)。我國(guó)GPU廠商正處于技術(shù)追趕環(huán)節(jié)，市場(chǎng)份額較小，隨著國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心、智能駕駛及終端側(cè)GPU市場(chǎng)需求的提升，國(guó)產(chǎn)GPU市場(chǎng)份額有望實(shí)現(xiàn)滲透。

2.3 國(guó)產(chǎn)FPGA：發(fā)力中端市場(chǎng)，軟硬件協(xié)同發(fā)展

根據(jù)Frost&Sullivan的數(shù)據(jù)[4]，預(yù)計(jì)全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模將從2021年的68.6億美元增長(zhǎng)至2025年的125.8億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為16.4%；中國(guó)FPGA市場(chǎng)2020年的市場(chǎng)規(guī)模約150.3億元，預(yù)計(jì)2025年中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到332.2億元，復(fù)合增速為17.2%。

國(guó)產(chǎn)FPGA公司營(yíng)收體量相差不大，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)各不相同。復(fù)旦微電進(jìn)入市場(chǎng)較早，推出億門級(jí)FPGA主要應(yīng)用于高可靠等特定領(lǐng)域，毛利率水平普遍較高[5]；安路科技的主要優(yōu)勢(shì)在于小型FPGA產(chǎn)品的市場(chǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)，鳳凰系列28nm工藝打入全球FPGA中高端市場(chǎng)[6]；

智多晶目前已實(shí)現(xiàn)55nm、28nm中低端FPGA的量產(chǎn)，并針對(duì)性推出了內(nèi)嵌Flash、SDRAM、DDR等集成化的產(chǎn)品，每年發(fā)貨量超過1千萬(wàn)片；紫光同創(chuàng)覆蓋高、中、低端等多層次FPGA市場(chǎng)；易靈思在機(jī)器視覺、LED顯示、工業(yè)控制等領(lǐng)域有明顯優(yōu)勢(shì)并且獲得頭部客戶認(rèn)可，積極推進(jìn)16nm工藝節(jié)點(diǎn)的新產(chǎn)品。

圖6：主流國(guó)產(chǎn)FPGA廠商梳理，資料來源：企業(yè)官網(wǎng)、招股書、財(cái)報(bào)，芯師爺

工藝制程是評(píng)價(jià)FPGA首先考慮的指標(biāo)?？v觀海外FPGA市場(chǎng)，賽靈思Versal系列已經(jīng)進(jìn)入7nm制程工藝，英特爾Altera與之對(duì)標(biāo)的Agilex系列也已采用Intel
7制程工藝。

而中國(guó)FPGA市場(chǎng)仍以低端容量和中端制程為主，可觸達(dá)的市場(chǎng)空間依然廣闊。Frost&Sullivan數(shù)據(jù)顯示，2019年28nm-90nm制程的FPGA占中國(guó)市場(chǎng)份額為63.3%，28nm以下制程的FPGA芯片占據(jù)20.9%的市場(chǎng)份額，大于90nm制程的FPGA占比15.8%。由于28nm-90nm制程的FPGA在性價(jià)比和良品率方面具有優(yōu)勢(shì)，28nm以上制程是FPGA國(guó)產(chǎn)替代的重要方向。

圖7：2019年中國(guó)FPGA芯片格局（按芯片制程工藝），資料來源：Frost&Sullivan、安路科技招股書，芯師爺

此外，F(xiàn)PGA需要由FPGA芯片、EDA軟件及IP方案組成軟硬件生態(tài)系統(tǒng)，在海外廠商建立成熟的EDA軟件生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，已有多家國(guó)產(chǎn)FPGA廠商推出自研EDA軟件，如紫光同創(chuàng)的Pango Design Suite、復(fù)旦微的Procise、安路科技的TangDynasty和FutureDynasty以及易靈思的Efinity等。

圖8：國(guó)內(nèi)外FPGA領(lǐng)先廠商EDA軟件工具一覽，資料來源：企業(yè)官網(wǎng)，芯師爺

根據(jù)芯師爺統(tǒng)計(jì)，國(guó)產(chǎn)FPGA廠商高度重視產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)，報(bào)告期內(nèi)研發(fā)投入占營(yíng)業(yè)收入的比例高達(dá)30%-52%[7]，處于較高水平，且較上年同期均呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。以加強(qiáng)其技術(shù)壁壘，保持其市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

圖9：國(guó)內(nèi)FPGA領(lǐng)先廠商2023年半年度研發(fā)投入，資料來源：企業(yè)2023半年度財(cái)報(bào)，芯師爺

2.4 RISC-V，躋身高性能領(lǐng)域

RISC-V架構(gòu)憑借其開源、精簡(jiǎn)、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特性，極有希望成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的第三大架構(gòu)生態(tài)。2023RISC-V中國(guó)峰會(huì)發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過約5年時(shí)間建設(shè)，中國(guó)的RISC-V生態(tài)已初具規(guī)模。2022年，全球采用RISC-V架構(gòu)的處理器已出貨100億顆，中國(guó)企業(yè)RISC-V芯片出貨量達(dá)50億顆，占據(jù)半壁江山，預(yù)計(jì)2025年全球RISC-V處理器出貨量將突破800億顆。

圖10：三大指令級(jí)架構(gòu)對(duì)比，資料來源：公開資料整理，芯師爺

近年來，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了眾多RISC-V賽道的處理器企業(yè)，如阿里平頭哥已推出3大系列8款RISC-V處理器，是中國(guó)RISC-V領(lǐng)域影響力和市占率最大的處理器企業(yè)；華為海思于2021年底發(fā)布了首款商用級(jí)別的RISC-V架構(gòu)CPU，并基于此打造了高清電視芯片；易靈思是全球第一家商用RISC-V的FPGA廠家，在16nm、40nm制程有長(zhǎng)期的產(chǎn)品規(guī)劃；安路科技則將FPGA和RISC-V融合在一起，推出了FPSoC，助力實(shí)現(xiàn)視頻圖像接口轉(zhuǎn)換和工業(yè)控制交互。

從市場(chǎng)來看，據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Frost&Sullivan報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)全球FPGA需求將從2021年68.6億美元增長(zhǎng)為2025年的125.8億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為16.4%。中國(guó)FPGA市場(chǎng)將從2020年的150.3億元人民幣增長(zhǎng)至332.2億元人民幣，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到23.1%。

由此可見，RISC-V有望助力中國(guó)在處理器芯片領(lǐng)域繞開ARM和X86的高昂授權(quán)費(fèi)以及貿(mào)易戰(zhàn)下的卡脖子風(fēng)險(xiǎn)，為芯片產(chǎn)業(yè)鏈自主可控提供可貴的歷史機(jī)遇。

RISC-V作為一個(gè)開源指令集架構(gòu)，其生態(tài)系統(tǒng)的豐富程度直接影響著未來發(fā)展，健全的RISC-V生態(tài)將促進(jìn)其快速商業(yè)化，使其成為可競(jìng)爭(zhēng)的通用芯片架構(gòu)選擇。為此，RISC-V基金會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，累計(jì)吸引了全球3000多家芯片設(shè)計(jì)公司加入，其中中國(guó)公司占比將近一半。

2023年6月，谷歌、英特爾、英偉達(dá)、高通以及平頭哥等13家企業(yè)發(fā)起了全球RISC-V軟件生態(tài)計(jì)劃“RISE”，進(jìn)一步加速RISC-V在移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算及自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的技術(shù)和商業(yè)化進(jìn)程。

中國(guó)的RISC-V生態(tài)建設(shè)亦進(jìn)行得如火如荼：2018年，中國(guó)RISC-V聯(lián)盟（CRVA）依托中科院計(jì)算所成立，倪光南擔(dān)任聯(lián)盟理事長(zhǎng)，目前成員包含百度、華為、騰訊、兆易創(chuàng)新、國(guó)芯科技等。

2023年8月31日，中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)RISC-V工作委員會(huì)正式成立，是從事RISC-V產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)單位及組織等自愿組成的全國(guó)性、行業(yè)性、非營(yíng)利性社會(huì)團(tuán)體。

此外，在第三屆滴水湖中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上，芯原半導(dǎo)體、平頭哥半導(dǎo)體、芯來科技、賽昉科技等九家企業(yè)攜手成立了國(guó)內(nèi)首個(gè)“RISC-V專利聯(lián)盟”，旨在打造一個(gè)RISC-V專利互不訴訟的生態(tài)系統(tǒng)，共同推動(dòng)國(guó)產(chǎn)RISC-V技術(shù)的不斷創(chuàng)新和快速發(fā)展。

03中國(guó)處理器芯片發(fā)展趨勢(shì)

3.1 數(shù)據(jù)中心驅(qū)動(dòng)力顯現(xiàn)，AI服務(wù)器需求快速提升

GPU憑借其強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力、深度學(xué)習(xí)能力、極強(qiáng)的通用性和成熟的軟件生態(tài)，成為數(shù)據(jù)中心加速的首選，90%左右的AI服務(wù)器采用GPU作為加速芯片。

Trendforce集邦咨詢預(yù)計(jì)[8]，2023年AI服務(wù)器出貨量約為120萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)38.4%，占整體服務(wù)器出貨量9%，2022至2026年AI服務(wù)器出貨量CAGR將達(dá)22%，而AI芯片2023年出貨量將增長(zhǎng)46%。其中，GPU作為數(shù)據(jù)并行處理的核心，是AI服務(wù)器的核心增量，用于加速圖形處理、深度學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺和自然語(yǔ)言處理算法等領(lǐng)域。

可以確定的是，未來5至10年，在國(guó)產(chǎn)GPU已有自主產(chǎn)品發(fā)布并且大模型訓(xùn)練缺乏基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，市場(chǎng)增速相較過去5至10年一定會(huì)呈現(xiàn)更高速增長(zhǎng)。

3.2 車端持續(xù)拉升算力增量

隨著汽車逐漸步入智能化時(shí)代，傳感器數(shù)量的增加及交互能力的提升，將帶來數(shù)據(jù)的幾何式增長(zhǎng)，必然要求車端擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，各類自動(dòng)駕駛芯片得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)[9]，全球自動(dòng)駕駛市場(chǎng)2025年將達(dá)到780億美金，其中用于自動(dòng)駕駛的AI芯片超過100億美元。

在這一領(lǐng)域，GPU主要應(yīng)用于車端及其配套設(shè)施智能芯片，負(fù)責(zé)處理來自攝像頭、普通雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能駕駛。ICVTank的自動(dòng)駕駛滲透數(shù)據(jù)顯示[10]，假設(shè)GPU在L2中滲透率15%，在L3-L5中滲透率50%，估算得到GPU在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模將從2020年的7.1億美元上升至2025年的44億美金，CAGR為44%。

3.3 FPGA國(guó)產(chǎn)替代加速，多領(lǐng)域齊發(fā)力

FPGA芯片下游涉及通信、工業(yè)、軍工、航天、汽車和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，其中通信市場(chǎng)占比最高，工業(yè)、汽車市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。多家受訪企業(yè)向芯師爺表示，通信與工業(yè)在國(guó)內(nèi)的合計(jì)市場(chǎng)份額可高達(dá)70%，與Frost&Sullivan的調(diào)研數(shù)據(jù)基本吻合：該機(jī)構(gòu)認(rèn)為，2022年通信/工業(yè)/數(shù)據(jù)中心/汽車/消費(fèi)電子/人工智能在國(guó)內(nèi)FPGA下游應(yīng)用中占比分別為41.52%/31.23%/10.54%/6.94%/5.89%/3.88%。

此外該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，2025年FPGA在中國(guó)通信領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)140.4億元，3年CAGR為17.43%；在中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域?qū)⑦_(dá)到100.8億元，CAGR為15.6%。

新興應(yīng)用市場(chǎng)需求的涌現(xiàn)，持續(xù)拓寬FPGA應(yīng)用場(chǎng)景。FPGA確定性的低時(shí)延和低功耗使其在汽車電子上具有非常大的優(yōu)勢(shì)，可為汽車電子需求提供靈活的低成本高性能解決方案。據(jù)芯師爺不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前已有高云半導(dǎo)體、易靈思等國(guó)內(nèi)FPGA廠商積極布局汽車賽道。

此外，不少企業(yè)認(rèn)為FPGA在光伏儲(chǔ)能的工業(yè)控制領(lǐng)域，矩陣運(yùn)算、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能領(lǐng)域以及可穿戴設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

Mordor Intelligence Research&Advisory預(yù)測(cè)[11]，2023年全球FPGA的市場(chǎng)規(guī)模為87.6194億美元，2028年預(yù)計(jì)將達(dá)到131億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá)8.32%。

另?yè)?jù)福建電子信息集團(tuán)統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)FPGA國(guó)產(chǎn)化率已由2018年的3%增長(zhǎng)至17%，預(yù)計(jì)2025年有望達(dá)到37%。隨著我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在FPGA領(lǐng)域研發(fā)投入的不斷增加和人才培養(yǎng)力度的不斷加大，國(guó)產(chǎn)FPGA產(chǎn)品有望縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，國(guó)產(chǎn)化率得到持續(xù)提升。

3.4 行業(yè)信創(chuàng)加速，成長(zhǎng)空間廣闊

“信創(chuàng)”即信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新，旨在針對(duì)硬件及云等基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)安全等IT產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)行自主研發(fā)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)建安全可控的信息技術(shù)支撐，避免核心技術(shù)受制于人。

CPU和GPU作為信創(chuàng)基礎(chǔ)硬件發(fā)展環(huán)節(jié)的重中之重，也是決定信創(chuàng)底層發(fā)展邏輯的關(guān)鍵所在。當(dāng)前我國(guó)信創(chuàng)芯片面臨制程工藝、半導(dǎo)體配套供應(yīng)鏈和應(yīng)用軟件生態(tài)三大挑戰(zhàn)。在信創(chuàng)生態(tài)建設(shè)上，國(guó)內(nèi)已形成由中國(guó)電子、中電科、華為系、中科系組成的四大信創(chuàng)生態(tài)體系，可滿足部分關(guān)鍵領(lǐng)域和重要信息系統(tǒng)最基本的應(yīng)用需求。

目前，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從“試點(diǎn)實(shí)踐期”進(jìn)入到“規(guī)?；茝V期”的關(guān)鍵階段，產(chǎn)業(yè)需求正在全面打開，市場(chǎng)訂單正在井噴式增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)紅利預(yù)計(jì)將會(huì)持續(xù)到2027年前后。自2020年以來，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)由黨政逐漸向其他行業(yè)覆蓋，以金融、電信等為代表的行業(yè)信創(chuàng)也進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段。以電信、移動(dòng)、聯(lián)通為代表的運(yùn)營(yíng)商2020年開始集采國(guó)產(chǎn)服務(wù)器，目標(biāo)是5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全替換。

以飛騰為例，受益于國(guó)家信創(chuàng)大趨勢(shì)，其營(yíng)收自2019年的2.07億元增長(zhǎng)至2021年的22.18億元，呈現(xiàn)出高速發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)《從端到云基于飛騰平臺(tái)的全棧解決方案白皮書》[12]，飛騰未來五年內(nèi)將投入超過150億元用于新品研發(fā)、生態(tài)建設(shè)和區(qū)域客戶保障，以百萬(wàn)、千萬(wàn)供貨為目標(biāo)提升產(chǎn)品交付能力，目標(biāo)到2024年實(shí)現(xiàn)年?duì)I收超過100億元。

景嘉微的JM7200高性能GPU芯片則對(duì)標(biāo)Nvidia GT640，參與國(guó)產(chǎn)生態(tài)構(gòu)建，已完成民用信創(chuàng)市場(chǎng)批量落地。據(jù)《2023年中國(guó)信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》顯示[13]，預(yù)計(jì)到2026年，我國(guó)信創(chuàng)市場(chǎng)將超過2000億規(guī)模，未來市場(chǎng)前景廣闊。

3.5 Chiplet+異構(gòu)集成，算力競(jìng)賽新路徑

Chiplet可以實(shí)現(xiàn)不同工藝制程、不同類型芯片間立體集成，實(shí)現(xiàn)更大芯片面積、更大存儲(chǔ)容量和更快互連速度，有望助力國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體廠商突破海外科技領(lǐng)域制裁。

目前包括英特爾、AMD、英偉達(dá)、海思等國(guó)際廠商在內(nèi)，已有超過25%的高性能CPU和GPU都采用了Chiplet技術(shù)設(shè)計(jì)，如英特爾的Sapphire Rapids和AMD的RDNA3。國(guó)產(chǎn)處理器方面，龍芯中科發(fā)布了龍芯3D5000處理器，首次使用Chiplet將2個(gè)龍芯3C5000封裝在一起，做到了32核。

在暗硅趨勢(shì)與成本壓力下，“CPU+GPU”和“CPU+協(xié)處理器”的異構(gòu)計(jì)算無疑是未來的發(fā)展趨勢(shì)。CPU與GPU形成的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)，可以完成多種不同的計(jì)算任務(wù)，其中GPU承擔(dān)并行加速運(yùn)算，CPU負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制。這種計(jì)算單元協(xié)同的異構(gòu)模式，能夠在復(fù)雜的計(jì)算場(chǎng)景下獲得更高的性能。

“CPU+協(xié)處理器”以FPGA為例，復(fù)旦微電在國(guó)內(nèi)發(fā)布的首款高性能PSoC產(chǎn)品采用異構(gòu)計(jì)算，突破了現(xiàn)有FPGA產(chǎn)品的發(fā)展瓶頸，大幅提升了芯片的任務(wù)處理性能；安路科技推出的FPSoC產(chǎn)品，則以單芯片實(shí)現(xiàn)FPGA和MCU芯片優(yōu)勢(shì)的融合。

3.6 HBM+存算一體，后摩爾時(shí)代發(fā)展的必然要求

隨著英偉達(dá)GPU H100、A100采用了HBM2e、HBM3技術(shù)，HBM應(yīng)用逐步走向成熟，憑借超高帶寬的特性成為AI服務(wù)器與高端GPU的標(biāo)配，為處理器發(fā)展速度不均衡、數(shù)據(jù)搬運(yùn)慢、搬運(yùn)能耗大等問題提供了解決方案。

市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Omdia預(yù)測(cè)[14]，隨著并行計(jì)算和AI技術(shù)的發(fā)展，適用于并行計(jì)算的HBM需求將成倍增長(zhǎng)。到2025年，HBM市場(chǎng)的總收入將達(dá)到25億美元，其規(guī)模約為2020年水平的5倍。對(duì)于處理器芯片而言，HBM的重要性在于提高傳輸速率和存儲(chǔ)容量，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行計(jì)算下算力、存力、運(yùn)力三者同時(shí)匹配。

隨著大模型時(shí)代的到來，未來的AI模型對(duì)算力的需求將大幅增加，預(yù)計(jì)將突破1000
TOPS，這意味著需要處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)。因此,“存算一體”芯片架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。這種架構(gòu)將所有的計(jì)算操作集成在存儲(chǔ)器內(nèi)，從根本上消除了傳統(tǒng)將存儲(chǔ)和計(jì)算分離帶來的性能瓶頸，極大地提升了數(shù)據(jù)的處理速度，同時(shí)大幅降低功耗。未來HBM、MRAM和RRAM等新型存儲(chǔ)介質(zhì)將日漸成熟并商業(yè)化,處理器芯片的發(fā)展前景將更加廣闊。

04中國(guó)處理器企業(yè)產(chǎn)品選型推薦

上海安路信息科技股份有限公司

上海安路信息科技股份有限公司（688107.SH），創(chuàng)立于2011年11月，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)。公司具備FPGA芯片硬件和FPGA編譯軟件的自主研發(fā)能力，專注于研發(fā)通用可編程邏輯芯片技術(shù)及系統(tǒng)解決方案。于2021年在上交所科創(chuàng)板成功上市，成為A股首家專注于FPGA業(yè)務(wù)的上市公司。公司根植本土，面向世界，矢志改變行業(yè)格局，以成為全球可編程邏輯器件一流的供應(yīng)商為愿景。

PH1A90

PH1A90是安路科技推出的“鳳凰”系列產(chǎn)品，包含11.5K LUTs、高速串行的I/O、PCIE硬核、DDR3DDR4存儲(chǔ)接口和豐富的IP資源，定位高性價(jià)比可編程邏輯市場(chǎng)；PH1A能夠在保持低功耗的前提下，提供同類最佳的收發(fā)器和信號(hào)處理功能。PH1A能夠滿足通信基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療、工業(yè)控制、消費(fèi)電子等尺寸、重量、功耗和成本敏感型市場(chǎng)，給開發(fā)人員提供更優(yōu)的解決方案。

西安智多晶微電子有限公司

西安智多晶微電子有限公司,成立于2012年，是專注可編程邏輯電路器件（FPGA、CPLD）的技術(shù)研發(fā)，并為系統(tǒng)制造商提供高集成度、高性價(jià)比的可編程邏輯器件、可編程邏輯器件IP核、相關(guān)軟件設(shè)計(jì)工具以及系統(tǒng)解決方案。

智多晶注冊(cè)資本3526.7萬(wàn)元，是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，已通過ISO9001-2015質(zhì)量管理體系認(rèn)證。目前已實(shí)現(xiàn)55nm/28nm工藝FPGA的量產(chǎn)，14nm工藝產(chǎn)品正在研發(fā)。并針對(duì)性推出了內(nèi)嵌Flash、DDR、SDRAM、ARM、serdes等集成化方案產(chǎn)品。產(chǎn)品已在5G通訊（基站、服務(wù)器、天線）、工業(yè)控制（伺服系統(tǒng)、工業(yè)控制器）、視頻處理（LED控制板卡、安防監(jiān)控）等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

SA5T-366-D0-8H900C

SA5T-366-D0-8H900C產(chǎn)品采用28nm工藝，擁有366k邏輯單元，采用先進(jìn)的6-LUTs邏輯架構(gòu)，支持DDR4 PHY，同時(shí)將DDR2/DDR3硬核控制器及高速串行接口（serdes）集成在芯片內(nèi)部，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在降低成本的同時(shí)又能夠滿足不斷增長(zhǎng)的高性能應(yīng)用要求。廣泛應(yīng)于于無線和有線通信、工業(yè)控制、圖像處理、人工智能、數(shù)據(jù)處理中心及云信息等行業(yè)中。

深圳中微電科技有限公司

深圳中微電科技有限公司是一家2009年4月創(chuàng)立的芯片設(shè)計(jì)公司，隸屬于中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司?？偛课挥谏钲?，上海、南京、成都、西安設(shè)有全資子公司，是信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)鏈GPU研發(fā)國(guó)家隊(duì)。

公司在芯片研發(fā)設(shè)計(jì)方面有豐富的技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)積累，自主研發(fā)的指令集MVP ISA 被工信部評(píng)定為“完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)指令集”，成功進(jìn)行四次基于MVP核的SoC芯片流片，取得處理器領(lǐng)域核心發(fā)明專利22項(xiàng)。公司是國(guó)內(nèi)屈指可數(shù)的集處理器內(nèi)核IP和解決方案為一體的企業(yè)，相關(guān)芯片已經(jīng)應(yīng)用于智能家居，邊緣計(jì)算和人工智能等領(lǐng)域。

“南風(fēng)一號(hào)”

“南風(fēng)一號(hào)”采用了國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的“南風(fēng)一號(hào)”高性能圖形處理器芯片，是具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的顯示卡。通過硬件加速的功能，方便用戶更好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的渲染效果，能夠更高效地處理3D復(fù)雜應(yīng)用。顯卡支持OpenGL3.1，功耗為＜20W，顯存容量4G。采用PCIe2.0x4接口，配備2路HDMI2.0顯示接口，屏幕分辨率為1920x1080@60Hz。目前，顯卡已與長(zhǎng)城信創(chuàng)臺(tái)式機(jī)、麒麟操作系統(tǒng)、飛騰處理器、奇安信可信瀏覽器等完全兼容、運(yùn)行穩(wěn)定，性能可滿足黨政，金融及安防等信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)鏈電腦顯卡需求。

易靈思(深圳)科技有限公司

易靈思是一家國(guó)產(chǎn)FPGA公司，采用邏輯和路由可以互換的XLR結(jié)構(gòu)，革命性地發(fā)明了突破性的Quantum?架構(gòu)，PPA優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)世界領(lǐng)先FPGA公司的4倍。近期，易靈思推出了鈦金系列FPGA產(chǎn)品，該產(chǎn)品更再度將PPA提升8倍，非常適合應(yīng)用于邊緣計(jì)算、ADAS和AIoT。易靈思核心團(tuán)隊(duì)成員來自賽靈思、英特爾與Microsemi等科技公司早期的專家和管理團(tuán)隊(duì)，平均行業(yè)經(jīng)驗(yàn)25年。公司從架構(gòu)與IC設(shè)計(jì)、工藝制程、封裝與測(cè)試、成本／品質(zhì)／交付管控，到EDA工具設(shè)計(jì)、IP與應(yīng)用方案設(shè)計(jì)、營(yíng)銷與技術(shù)支持，均堅(jiān)持質(zhì)與量并行，力求問鼎行業(yè)桂冠。

鈦金產(chǎn)品系列

易靈思鈦金系列FPGA擁有35K至1000K邏輯單元容量，性能高達(dá)300-500MHz 1.5Gbps LVDS，2.5Gbps MIPI DPHY?3733Mbps LPDDR4/4x，6Gbps/25.8Gbps Serdes?超小封裝低至3.5mm*3.4mm@60K LE，功耗低至同行競(jìng)品的1/4，可廣泛應(yīng)用于多攝像頭、高清視頻、AI加速、無線通信等領(lǐng)域。

資料來源：

[1]Counterpoint，Data Center CPU Market: AMD Surpasses Intel in Share Growth

[2]Mercury Research，AMD and Intel CPU Market Share Report

[3]調(diào)研機(jī)構(gòu)Global Market Insights

[4]調(diào)研機(jī)構(gòu)Frost&Sullivan

[5]復(fù)旦微電，企業(yè)招股書

[6]安路科技，企業(yè)招股書

[7]復(fù)旦微電&安路科技，2023年半年報(bào)

[8]Trendforce，Market Status Update

[9]調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole Development

[10]調(diào)研機(jī)構(gòu)ICVtank

[11]Mordor Intelligence，F(xiàn)ield Programmable Gate Array (FPGA) Market Size

[12]飛騰，從端到云基于飛騰平臺(tái)的全棧解決方案白皮書

[13]艾瑞咨詢，2023年中國(guó)信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告

[14]Omdia，DRAM Market Dynamics

注：以上資料及數(shù)據(jù)截至2023年10月。因篇幅限制，本報(bào)告“代表企業(yè)及產(chǎn)品選型參考”中僅展示由所列舉企業(yè)提供的官方資料。

如有更多該領(lǐng)域未提及的企業(yè)和芯片產(chǎn)品可供市場(chǎng)選型，請(qǐng)將貴司簡(jiǎn)介及聯(lián)系方式發(fā)至郵箱：news@gsi24.com。收到企業(yè)資料后，我們將在后續(xù)更新的系列報(bào)告中展示該領(lǐng)域更多“代表企業(yè)及產(chǎn)品選型參考”。

報(bào)告作者：吳澄悅（Valencia Wu）