2022年安路科技发展现状及技术优势分析

1、2022年安路科技发展现状及技术优势分析一、安路科技：十年磨一剑，打造国内领先 FPGA 芯片供应商1.1 深耕 FPGA 芯片设计 ，十年磨一剑公司是国内首批具有先进制程 FPGA 芯片设计能力的企业，兼备硬件设计与全流程自主 开发软件能力。公司成立于 2011 年，长期专注于 FPGA 芯片设计领域；2014 年实现首 款 EAGLE 系列 FPGA 芯片量产销售，同年发布自主开发 FPGA 专用 EDA 软件。公司密切 跟踪行业趋势与需求变化，不断丰富产品品类、革新产品工艺制程，先后推出多个系列 FPGA 产品，并积极布局嵌入式 eFPGA IP、FPSoC 等业务。历经十年发展，公司于

2、 2021 年 11 月登陆科创板上市。公司主要向客户提供 FPGA 芯片和专用 EDA 软件两部分产品。在硬件设计方面，目前公 司提供 PHOENIX、EAGLE、ELF 和 FPSoC 四个系列 FPGA 芯片，分别定位于高性能、高 性价比、低功耗和高集成度可编程逻辑市场，涵盖工业控制、网络通信、消费电子、数 据中心等多个应用领域。其中，FPSoC 产品新增了面向工业和视频接口的低功耗 SWIFT 系列。在 FPGA 专用 EDA 软件方面，公司拥有全流程自主开发的 FPGA 专用软件 TangDynasty，为公司所有 FPGA 芯片产品系列提供简洁高效的应用设计开发环境。1.2 营收强

3、势增长，产品结构优化提振盈利能力规模化逐步体现，营收规模增速显著。随着芯片产品不断丰富且竞争力提升，公司营收 持续高速增长。20182021 公司营业收入规模由 0.29 亿提升至 6.79 亿，期间 CAGR 186.08%。2022Q1 公司实现营收 2.58 亿，yoy 72.15%；实现归母净利润 0.18 亿，同 比增长 206.34%。主要受益于收入的大幅增长，且研发费用占收入比例持续下降。期间费用率逐年下降，初期研发投入成果显著。2018-22Q1 公司毛利率分别为 30.09%、 34.42%、34.18%、36.24%和 36.05%，毛利率水平稳中有升。报告期内，公司净利率

4、 波动较大，主要系政府补助逐年下降，同时公司保持了持续高额的研发投入。随着经营 规模效应彰显、以及初期的研发投入成效显著，公司期间费用率逐年下降，尤其研发费 用率大幅下降，22Q1 公司净利率由负转正。产品结构不断优化，驱动公司盈利能力提升。2018-2021 年，公司主营收入来自于芯片 销售业务，受益于更先进制程、更大逻辑容量及多样功能拓展性的 ELF2、ELF3 系列芯 片产品推出，2019 年公司 ELF 系列量价齐升，营收占比由上年的 3.33%提升至 66.38%； 随着定位高端市场的 PHOENIX 系列产能提升，2021 年该系列芯片营收占比由上年的 0.69%提升至 15.57

5、%。由于不同系列产品毛利率与其定位市场具有显著相关关系，随着 公司产品进一步向低功耗、高性能的中高端市场拓展，公司盈利能力有望进一步提升。公司目前产品下游领域主要可以分为工业控制领、 网络通信领域、消费电子领域和数据 中心领域。2018 年之前，公司主要产品以 EAGLE 产品为主，其下游主要应用领域工业控制也 作为公司的主要营收领域，在 2018 年工业控制领域营收占比 95.42%； 2019 年随着公司 55nm 工艺制程的成熟以及大容量领域 FPGA 的技术积累，随着 ELF2 和 ELF3 的推出，公司竞争力得到加强，与此同时公司在与之对应的通信领域 收入占比快速提升；2020 年公

6、司持续稳步发展，巩固自身产品地位的同时扩展 ELF2 产品矩阵，在消费 电子领域取得突破。2021 年起随着公司收入的进一步增加，公司在国内 FPGA 领域具有一定的市场份 额和竞争力，下游各领域均实现稳步增长，其中数据中心等新兴领域收入开始初具 规模。公司保持高额研发投入，研发团队规模持续扩大。公司长期以来高度重视技术创新和研 发投入，不断拓宽芯片产品矩阵，2018 年-22Q1 公司研发投入分别为 3429.10 万元、 7866.54 万元、12553.66 万元、24362.22 万元和 7113.49 万元，研发投入总额持续上涨。同时，公司不断扩张研发团队，2021 年公司研发人员由

7、上年的 213 人增加至 266 人，占公司总人数的 81.10%，其中硕博学历占比 57.52%。1.3 国有股东领投，核心技术人员科班出身股权结构分散，国有股东领投。公司第一大股东为华大半导体，持股比例 29.17%，无控 股股东、实际控制人。公司前十大股东中共有 4 名国有股东，分别为华大半导体、产业 基金、上海科创投、深创投集团，持有公司股份的 29.17%、9.78%、5.43%和 2.06%。核心技术人员科班出身，实战经验丰富。公司核心技术人员均毕业于复旦大学、上海交 大等著名高校对口专业，一方面，拥有夯实的专业基础知识，另一方面，有助于促进公 司与高校间合作项目开展。同时公司核心

8、研发人员拥有多年半导体公司工作经验，部分 曾就职于英特尔、美满电子等海外知名企业，履历丰富。募集资金重点投向 FPGA 芯片科技创新领域。公司 2021 年 11 月上市募集资金 10 亿 元，其中： 募集资金拟投入新一代现场可编程阵列芯片研发及产业化项目 3.79 亿元，主要 用于推进 PHOENIX 系列芯片升级迭代，重点研发新一代可编程逻辑单元、存储 单元 RAM、高速接口、层次化互联四大硬件关键技术，持续提高公司 FPGA 产 品的逻辑单元数量、运算性能及数据传输能力。募集资金拟投入现场可编程系统级芯片研发项目 3.01 亿元，主要用于战略布局 低功耗 FPSoC 和高性能 FPSoC

9、 两个方向。二、从产品到企业多维度理解 FPGA2.1 产品视角：FPGA，可现场编程的逻辑芯片FPGA（现场可编程阵列：Field-Programmable Gate Array）是逻辑电路集成芯片的一种， 通常由相互连接的 CLB（可配置逻辑块）矩阵构成。FPGA，顾名思义，其最大的特点在 于芯片的具体功能在芯片制造结束后可以由用户配置决定，用户可以通过 EDA 软件对于 目标功能和电路进行描述，然后编译为二进制位流数据，再下载至 FPGA 芯片中实现相 关功能。相比于传统逻辑器件，FPGA 具有不同的结构：通常由 LCB（可配置逻辑模块，由多个 逻辑单元 LC 组成）、IOB（输入输出模

10、块）和内部开关连线构成。在工作中，通过 LUT （查找表）中存放的二进制数据来驱动其他电路或者驱动 I/O，从而实现不同的功能， LUT 通常存放于 LCB 中，其输入端越多可以实现的逻辑电路就越复杂（例如 LUT6 逻辑 程度大于 LUT4）。在一个 FPGA 芯片中可以有多个查找表 LUT 组合，最终 FPGA 的逻辑 容量由 LCB 组成的逻辑阵列的大小决定，通常转换为等效 LUT4 的逻辑单元统计。LUT 为 FPGA 独特基础指标。同其他芯片一样，FPGA 具有一定的参数用于评判技术水 平，主要体现在容量和性能。其中容量包含 LUT 数量、DSP 数量、RAM 数量和 IO 数量 等

11、指标；性能包含制造工艺、DSP 工作频率、动态功耗等指标。其中 LUT 数量和制造工 艺为 FPGA 核心指标。和其他逻辑芯片对比，FPGA 最大的特点在于可现场编写程序。常见的例如 CPU（中央 处理芯片）、GPU（图形处理芯片）、DPS（数字信号处理芯片）等，在被制造完成后，芯 片功能就已经被固定，用户在使用过程中无法对芯片的硬件功能进行任何修改。FPGA 芯 片使用功能没有固定，用户根据自身需求使用 EDA 软件对 FPGA 芯片进行功能配置，同 时每个 FPGA 芯片均可实现多次配置，来实现不同功能。与 ASIC 相比，具有自身优势。ASIC（专用集成电路：Application Sp

12、ecific Integrated Circuit），作为芯片的一种，ASIC 服务于设计目的，用于特定的设计功能的同时不具备重 新编程的能力。由于最终的使用目的都是特殊化的定制服务，FPGA 通常会与 ASIC 做对 比，虽然不可否认 ASIC 具有能耗、可靠性、大批量生产成本优势，但 FPGA 具有相对较 低的成本以及较短制造时间，同时由于其具有可编程的特性，在面对一些多变的新型领 域中具有不可替代的优势。为了实现 FPGA 的具体功能，EDA 必不可少。正如电脑不能没有操作系统，EDA 对于 FPGA 来说至关重要，可以说没有 EDA 的软件编写，FPGA 无法实现任何目标功能。由于 P

13、FGA 不同于其他芯片，需要通过程序编译其中来赋予相关功能，此时 EDA 就起到编译 程序的作用。目前全球范围内，FPGA 厂商投入发展 EDA 软件成为主流，例如全球 FPGA 龙头 XILINX 拥有自身的软件工具 Vivado、intel 旗下也有类似 Quartusll 的 EDA 软件工 具。逻辑电路市场广阔，2025 年或将接近万亿规模。FPGA 属于逻辑芯片领域，目前逻辑芯 片作为集成电路行业中的重要组成部分，根据 WSTS 统计，在 2019 年逻辑芯片占整个 半导体份额超 25%，占集成电路总市场份额接近 1/3。FPGA全球垄断效应显著。目前 FPGA芯片行业仍然处于高度集

14、中态势，全球龙头Xilinx、 Intel（Altera）、Microsemi 等海外企业占据全球超 90%的市场。其中 Xilinx、Intel（Altera） 和 Lattice 三家占比 90.4%，一方面由于 FPGA 行业属于高壁垒行业，研发投入要求较 高，另一方面由于国际头部 FPGA 企业发展较早，具有较强的技术积累。2.2 全球视角：全球 FPGA 龙头 Xilinx 历史复盘Xilinx 是 FPGA 先驱，目前全球 FPGA 龙头。1970 年代，出于对 ASIC 开发的痛点问 题，全球陆续出现部分可编程逻辑器 PLD，从此 FPGA 产品雏形开始出现。Xilinx 创立于

15、 1984 年，创始人 Ross Freeman 以及 Bernard Vonderschmitt 均来自当时的未处理器公 司 Zilog，得益于在 Zilog 期间积累的经验，Xilinx 在成立一年后便推出了全球第一款 FPGA 产品 XC2064。XC2064 与当时 CPLD 不同，在断电后数据丢失且速度更快，同时引入 LUT 参数对产品 进行预先逻辑配置，其内部的大量触发器也使得 XC2064 在时序逻辑方面的设计更具优 势。后续随着半导体产业进步以及 FPGA 产品集成度提高和价格降低，FPGA 在绝大多数 领域中已经取代了 CPLD，成为目前可编程器件的龙头产品，Xilinx 由

16、于其行业先驱身份 以及先进的工艺，也成为目前 FPGA 领域的全球龙头公司。纵观 Xilinx 发展历程，主要可以总结为几个时期：19801990：提出 FPGA 全新芯片结构思想，在公司成立一年后推出第一款 FPGA 产品 XC2064。同时也是全球第一家提出 Fabless 的企业，对今后的半导体企业产生 了深远的影响。19901995：前期 CPLD 企业逐渐进入 FPGA 领域，公司失去垄断地位，市占率降 低。随着 1994 年新品 XC5000 系列的推出重新夺回市场空间。19952000：全球 FPGA 形成 Xilinx 和 Altera 双寡头格局。20002010：20 世纪

17、初经历互联网泡沫，随后进入恢复期，随着下游消费电子，通 信等行业兴起，公司业绩稳步提升。2010 至今：PSoC 发展趋势逐渐显现，将 FPGA 与 CPU/GPU 等硬件进行结合，不单局限于单个器件。同时积极发展软件服务，打造支持多语言的 FPGA 开发。回顾公司历史业绩，在 20142015 年由于全球 4G 建设接近尾期，其他下游需求也相对 疲软，公司业绩受到一定的影响。自 2015 年起公司发展 PSoC，进行 FPGA 器件的融合。 同时公司在全球范围内 FPGA 中高端产品的统治地位持续保持，以及下游 5G 建设、消费 电子、工业、汽车等领域的需求增加，公司实现业绩的稳步增长。统治

18、 FPGA，毛利率高位维持。自 2012 年起，公司综合毛利率水平维持在 65%以上，相 较于其他 FPGA 企业，具有绝对领先地位。一方面说明了 FPGA 高端产品的壁垒较高， 同时也说明公司在 FPGA 行业，特别是高收益的中高端产品中具有不可撼动的地位。全球芯片龙头产业整合，AMD 联手 Xilinx。2022 年，全球芯片巨头 AMD 以接近 500 亿美元的价格完成对 Xilinx 收购。Xilinx 将自身先进的 FPGA、SoC、AI 技术赋予 AMD， 届时 AMD 将能够提供 CPU、GPU、FPGA 等产品及相关解决方案，同时 FPGA 的竞争格 局也从 Xilinx 与

19、Altera 演变为 AMD 与 Intel。三、产品特性赋予的广泛下游应用由于 FPGA 具有可编写程序、开发成本相对低、制造周期较短等优势，在工业控制、网 络通信、消费电子等领域被广泛应用。特别是当出现新兴领域，专业芯片还无法普及的 领域中，FPGA 可以发挥自身的绝对优势。 在工业领域中，FPGA 被广泛用于视频处理、数控机床、图像处理等领域信号控制及运算 加速中。例如安路科技在数控机床的解决方案主要可以体现在： 控制系统：用于数控机床运算、管理和控制；检测系统：检测机床执行件的位移和速度变化量，并反馈到输入端进行比较；机械传动系统：根据检测系统反馈信号差别调整机床运动，驱动元件至机床执

20、行件 之间的机械进给。在 LED 显示屏领域中，FPGA 也能够实现包括无缝拼接、LED 控制等功能。例如安路科 技基于 FPGA 的 LED 补偿型液晶无缝拼接屏方案使用 FPGA 接受主板信号并进行信号处 理，分为液晶显示部分和 LED 显示部分，再分别输出给 TCON 板和 LED 驱动板去分别驱 动液晶显示和 LED 显示。相比于其他方案，FPGA 方案无需外挂存储器、具有更佳的缩 放算法以及更合理的系统时钟。如今智能化与自动化为工业发展的主流，工厂逐渐由人力资源为核心转向以自动化为核 心，FPGA 可以轻松胜任如多通道数控机床马达控制、LED 显示系统数据转化等场景需 求，我们预计

21、FPGA 将在工业领域未来发展中充分受益。根据 Frost&Sullivan 数据， 中 国工业领域市场 FPGA 芯片 2020 年销售额约为 47.4 亿，占中国 FPGA 芯片市场份额 的 31.5%，未来 20212025 年 CAGR 将达到 16.1%。在网络通信领域中，FPGA 被大量用于实现接口扩展、逻辑控制、数据处理等功能中，此 外由于 FPGA 在通信领域的能耗和计算速度等综合性能优于 CPU、GPU，在信号收发器 等新型通信基站中也会大量使用 FGPA 产品。根据 Frost&Sullivan 数据，中国通信领域 市场 FPGA 芯片 2020 年销售额约为 62.1 亿

22、，占中国 FPGA 芯片市场份额的 41.3%，未来 20212025 年 CAGR 将有望达到 17.5%。在消费电子领域中，FPGA 芯片可用于智能手机、无人机、智能电视、AR/VR 设备中。 由于产品特性，视频、音频等信息均需要与运算芯片进行数据通信，需要多重芯片进行 协同工作才能够实现，而在对 FPGA 进行逻辑编辑后， FPGA 能能够在单一芯片中实现 多种存储接口的控制，极大程度上简化了外围电路的设计。例如：电视：在电视中使用 FPGA 相较于 ASIC，能够快速根据面板特征进行细节微调，显 著提高成品率，同时节省了设计 ASIC 时间，能够帮助相关企业快速推出量产产品。 投影仪：

23、FPGA 能够执行像素漂移、提高分辨率的同时，还能够提供扭曲与接口服务， 轻松实现 4K 与 8K 接口的连接以及视频的处理。 VR/AR：通过集成后的 FPSoC 产品能够在单一芯片中实现视频解码、头显设备的眼 球追踪传感并实时处理摄像头，极大程度上降低能耗。 同时在例如智能门锁、家庭网关、智慧厨房等智能家居领域，FPGA 也能够通过自身的优 势对产品进行优化。消费电子作为 FPGA 的新兴领域，行业规模增速显著，根据 Frost&Sullivan 数据，中国 消费电子市场 FPGA 芯片 2020 年销售额约为 9.4 亿，占中国 FPGA 芯片市场份额的 6.3%，未来 20212025

24、 年 CAGR 将有望达到 13.0%。在数据中心领域中，由于行业作为特定装备，需要在网络基础设施上对数据信息进行传 递、加速、计算等操作。CPU、GPU 等传统芯片难以满足多样化以及多变的需求，FPGA 芯片由于无指令、无需内存共享的结构，具有低延迟高吞吐的优势，在逻辑编辑后也能 够实现逻辑控制、数据转换、功能扩展、系统升级等复杂功能。 FPGA 在数据中心中对于硬件的加速效果提升显著，自 2016 年起微软 Azure、亚马逊 AWS、阿里云的服务器上都开始部署 FPGA 加速器用于运算加速。未来随着 FPGA 在数 据中心中替换 CPU 的方案逐渐成为共识，我们预计未来 FPGA 在数据

25、中心中的价值量占 比将有所提升。根据 Frost&Sullivan 数据，中国数据中心市场 FPGA 芯片 2020 年销售 额约为 16.1 亿，占中国 FPGA 芯片市场份额的 10.7%，未来 20212025 年 CAGR 将 有望达到 16.6%。汽车电子产业受益于电动汽车、新能源车的快速发展，如今势头强劲。目前 FPGA 在汽 车中的应用也愈发广泛，在车载系统接口及控制领域，FPGA 芯片用于控制和驱动电动 汽车电机控制系统，硬件互连的同时实现车载摄像头等多种汽车传感器信号处理和控制。 在车载图像处理领域，FPGA 芯片可用于实现多个图像传感器的信号桥接、3D 环视视频 融合、倒车

26、辅助视频等功能。在自动驾驶领域，FPGA 芯片可用于实现机器视觉与目标 检测等各种功能。预计 FPGA 汽车领域未来增速显著。未来预计 FPGA 将于汽车产业深度融合，一方面得 益于目前新能源汽车的需求增速显著，另一方面 FPGA 在面对多变的场景时能够发挥自 身可编程的作用，相比其他定制芯片，具有更大优势。根据 Frost&Sullivan 数据，中国 汽车电子市场 FPGA 芯片 2020 年销售额约为 9.5 亿，占中国 FPGA 芯片市场份额的 6.3%，未来 20212025 年 CAGR 将有望达到 22.7%。在 AI 领域，FPGA 能够充分发挥其定制化、可编程化的特点，通过算

27、法实现任务的推断 及处理。目前 FPGA 芯片已经于 CPU、GPU 和 ASIC 等芯片一同被广泛适用于人工智能 处理芯片中，同时与 GPU、ASIC 相比，FPGA 芯片由于自身具有多个并行处理单元，能 够实现运算的同时，编程所带来的优化可以解决大部分的实时决策需求。根据 Frost&Sullivan 数据，中国 AI 市场 FPGA 芯片 2020 年销售额约为 5.8 亿，占中国 FPGA 芯片市场份额的 3.9%，未来 20212025 年 CAGR 将有望达到 16.9%。四、技术优势明显，国产 FPGA 出货第一产品技术规格覆盖面较广，能够应对国内大部分市场。LUT 数量和芯片制

28、程是 FPGA 最 重要的两个参数，可以说两个参数的好坏在很大程度上决定了 FPGA 的优劣。安路科技 作为国内 FPGA 的领先企业，在技术规格上能够达到国内领先水平，部分产品性能甚至 由于国际龙头公司同等级产品。在容量规模方面： 100K 以内的逻辑单元产品已经量产， 2021 年 PHOENIX1 系 列中逻辑单元为 400K 的新产品已成功流片和批量供货。 根据 Frost&Sullivan 数 据，2019 年中国 FPGA 市场中，逻辑单元 100K 和 100K500K 的 FPGA 芯片分 别占有 38.2%和 31.7%的份额，是目前的主流芯片，公司的产品已覆盖主流市场 所需

29、的逻辑单元范围。 在芯片制程方面：公司是国内首批具有 28nm FPGA 芯片设计能力和量产能力的企 业之一，目前已经掌握 55nm 和 28nm 工艺设计。已经完成 FinFET 工艺产品的 关键技术验证工作，同时也是国内最早完成关键技术认证的企业之一。根据 Frost&Sullivan 数据，2019 年中国 FPGA 市场主流芯片制程在 28nm-90nm 之间， 按销售额计该制程区间内的 FPGA 芯片在国内占有 63.3%的市场份额，公司产品 能够覆盖国内市场大部分的需求。55nm 仍是公司主要工艺制程，28nm 放量显著。20182021H1 公司主要收入来源均 为 55nm 制程芯片。28nm 工艺制程产品 PHOENIX 高性能系列芯片自 2020 年开始量产， 在 2021 上半年 28nm 产品开始放量，收入增长显著，得益于公司在行业中积累的口碑 以及产品本身的性能突破，我们预计未来公司将进一步推进其工艺选择空间，丰富产品 布局。公司产品主要有三个产品线：ELF 系列、EAGLE 系列和 PHOENIX 系列。其中： ELF 系列 FPGA 产品定位低功耗、低成本的市场，包含 ELF1、ELF2 和 ELF3 系列， 分别在 2015、2018 和 2019 年实现量产，制程在 55130nm 主要应用于工业控制、 消费电子、通信等领域。 EAGLE 系列定位