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

目 录复盘1990-2022年FPGA竞争格局演变，我们发现了什么？ 6FPGA商业模式的本质以及龙头竞争优势的来源？ 10FPGA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：FPGA龙头Xilix常年维持稳定的大比例份额（50+，且RIC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Xilinx 7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 图10：为什么说制程领先对FPGA非常重要？ 图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？ 20FPGAFPGAFPGAEDAFPGA厂商的竞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。根据Marketsandmarket（25%LatticeMicrosemi）10%CR490%200350%2050%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，绘制龙头赛灵思维持了近20年的的市场份额，以及较高的ROIC赛1984FPGA199018%200350%20年50%1990-20193003ROIC15%2018-201920%+。在15%+ROIC2050%FPGA龙图：FPGA龙头ilinx常年维持稳定的大比例份额（50+，且IC稳定在5以上，竞争优势极为突出资料来源：Xilinx，EETimes，Dataquest，PaceTechnologies，iSuppli，IHSMarkit，Marketsandmarkets，Concordia，Bloomberg，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（202全球83FPA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，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FPGAFPGA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ASCPA必须在制程上做到领先ASCAPFPGAFPGA9-12FPGA造就了FPGAdesign-wins2-3FPGAFPGA200350%的水平，除了Altera2-3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注：Microchip数据包括前Actel、Microsemi的市场份额。资料来源：Xilinx，Lattice，Microchip，Altera，EETimes，Dataquest，PaceTechnologies，iSuppli，HISMarkit，Marketsandmarkets，Concordia，绘制除了贯穿整个历史的制程竞争外，在FPGA发展的不同阶段，有着不同的阶段竞争主线，实质是FPGA不同阶段的性能和技术突破点：门级数竞争是PA（18420。替代SC的背后是性能提升的需门级数领先者往往获得大部分市场份额。90年代，复杂的电子系统要求百万门级的规模，大多使9020-50ASIC90市场的蛋糕LUTPAPAAltera1998-1999100准单元和ASIC，市占率得到持续的提升。此阶段，FPGAEDA上竞争优势。例作为CPLD年通过推出FLEX进入FPGA1993始与Altera8CPLD01AlteraXilinx200051999ClearLogic指控对方利用Altera的EDA软件为客户进行pin-to-pinFPGA到ASICClearLogic2002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Xilinx资料来源：Xilinx，Altera，PaceTechnologies，EETimes，绘制集成度竞争是PA厂商第二阶段的竞争主线（20021。将板上分立的DPFPGA的厂商获得了DSP90FPGA将TPAFPGAFPGAPCBDSPFPGA（80%的功耗和分立的DSP90FPARA、DSPFPGAAlteraFLEX10KRAMFPGA，Xilinx00023VirtexIIProFPGAFPGA厂商开始将产品线分化，XilinxVirtex和低成本的SpartanVirtexSpartan和CPLDCoolrunnerVirtex4是最高端的SXDSPDSPFXAltera02StratixCyclone，StratixStratixGX集成度竞争的背后是产品定义的竞争，反映了FPGA厂商和客户沟通和需求把握能力。图6：2000-2010，FPGA厂商在集成度上开展竞争注：为了方便展示，我们没有画上互联结构、时钟、IO等FPGA其他的模块。资料来源：Xilinx，Altera，绘制异构化竞争是FPGA厂商目前的竞争主线（2010-今FPGA厂商竞相推出SoC的CPU等处理器嵌入到FPGAPCB使得SoC既具备CPUFPGA的RFSoCARM+4片ADC+4片DAC+1片KintexUltraScale+FPGA，相比分立的方案面积减少了50%，功耗降低JESD20480%-90%2010XilinxZynq7000FPGAFPGA+CPUXilinxZynqPL（FPGA）PS（ARMCPU）AXIXilinx在后ZynqMPSoCRFSoCXilinxZynq系列SoCFPGA187nmACAPFPGA基础上嵌入了CPUXilinxAI通过高速NoCAltera/Intel年开始陆续推出了CycloneArriaStratix和AgilexSoCFPGA图7：异构竞争是FPGA行业自2010年开始的竞争主线资料来源：Xilinx，绘制FPGA商业模式的本质以及龙头竞争优势的来源？PAFPGA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，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。正如我们系列报告一提到的，FPGA是高度标准化的芯片，通过改变FPGALUT416“”FPGA5G“万能”ASIC/ASSPPC、TV、机顶盒等的每年在500万颗以上、甚至上亿颗出货量的市场。针对这些大批量的市场，专门开发一颗ASIC/ASSP量的应用开发一颗ASIC/ASSPFPGA2017的1.897nm3.5FPGAFPGA/合ASICFPGAFPGA19901202283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的原因注：ASIC（ApplicationSpecificIC）和ASSP（ApplicationSpecificStandardProduct）的区别在于，ASIC是用户自己为单一使用者的单一应用开发，而ASSP是IC厂商为多个场景或用户的需求开发，详情请翻看我们的系列报告一。资料来源：Gartner，Altera，Electronicsfortomorrow，绘制FPGA4-5收入来自于前6FPGA10-15AlteraFPGA4-5FPGAXilinx250%990%5-6FPGA60%69年FPGAFPGA6图9：FPGA的价格、需求以及生命周期内收入变化曲线资料来源：Xilinx，Altera，绘制2-3年的制程领先对FPGA9图10：为什么说制程领先对FPGA非常重要？22AMDAMD2015Intel2015-2021IntelPSGAltera代表Altera/Intel。资料来源：Xilinx，Altera，Intel，Lattice，绘制FPGAFPGA厂商自己的EDAFPGAFPGAPAesgnnFPA更换FPGAFPGAFPGAFPGA厂商自己的EDAFPGAEDA-FPGA户通常不会更换FPGA图11：FPGA头部玩家在客户获取上的规模优势注：Altera在2015年被Intel收购，并入Intel之后不披露销售和管理费用的数据。资料来源：Xilinx，Altera，Intel，Bloomberg，测算及绘制高客户黏性使得FPGAFPGAFPGAiix190年的19035&A（30%20%Xilinx2010%AlteraSG&A9025%201416%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9-121-2100%FPGA22015916nmUltraScale+Altera201610Stratix10Xilinx20176Xilinx100%。在获得强劲的Design-wins厂商凭借阶段的大量订单迅FPGA2HVM厂商可以迅速摊平前期投入的包括NREXilinx30%50%2FPGA515%6%图12：FPGA的价格、需求以及生命周期内收入变化曲线模拟资料来源：Xilinx，Marketsandmarkets，Altera，测算及绘制FPGA59%52-3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资料来源：EETimes，Intel/AlteraXilinxXilinxA&DXilinx20%3-4MicrochipXilinx80%-90%。FPGA1990和Altera60%200150%XilinxXilinxA&DAlteraA&DXilinx5pctLattice50%3FPGA60%+。图14：FPGA三大厂商Xilinx，Altera和Lattice自90年代以来稳定的高毛利注：A&D（AerospaceandDefense）指国防与航空航天，TME（Test,MeasurementandEmulation）指测试，测量和半导体仿真资料来源：Xilinx，Altera，Lattice，Bloomberg，绘制FPGAXilinxAltera1Xilinx0350%年在研发上多出来的投入可以用于加强自身的竞争优势，比如更多的技术/架构创新、更完善的EDA开发、更快的研发进度等方面，而不必损失盈利能力。图15：FPGA龙头研发上的规模经济资料来源：Xilinx，Altera，Bloomberg，绘制FPGA2-3FPGA21.2”41.2FPGA2-3Xilinx1-2FPGA2000-20012007-2009201220152018-2019图16：FPGA厂商的产品周期如何影响收入？注：上述曲线只考虑产品周期对FPGA公司收入曲线特征的影响。实际上，每一代产品的收入曲线受年度供求关系，竞争对手策略等因素影响，情况会更复杂。Xilinx在22年被AMD收购，21年收入来自于AMD披露；Altera在2015年被Intel收购，其2015-2021年收入来自于IntelPSG部门的收入披露。资料来源：Xilinx，Altera，Lattice，Bloomberg，绘制FPGA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。一般来说，系统的竞争力来自于在性能、功耗、可靠性、上市速度和成本上的综合表现，FPGA的客户——工程师在设计其产品时往往是基于以上五个维度思考，并在产品设计上做出自己的权衡。通常来说，更先进代际的FPGA能提供更好的性能和功耗表现，能做到更小的芯片或者相同面积下更高的性能，使得自家产品更受消费者的青睐。因此，选择制程领导者是惯例。除此之外，在以上五个维度的表现最贴近自身情况，即产品定义最接近需求的FPGA，往往会获得青睐。FPGAFPGA9-12FPGAIPEDAIPFPGAIP，FPGAIP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？资料来源：绘制FPGAFPGAEDA细FPGAFPGAFPGAFPGAFPGA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，并在图中逐一回答了赛灵思在这六个因素中如何做到独一无二，即赛灵思是如何培育自己的竞争优势的。：1）制程领导者FPGA0.13μm40nm-FPGALUTFPGA的FPGA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注：HVM（HighVolumeManufacture），即在design-wins之后的上量阶段。资料来源：Xilinx，绘制1998年，赛灵思