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半導體科普:半導體行業第一大品類“邏輯晶片”分類與主要公司

作者:九方金融研究所

前期,我們大緻介紹了半導體行業分類,并簡單講解存儲晶片在半導體産業中的地位以及存儲細分領域相關公司,本文我們繼續為你介紹半導體産業中另一大支柱:邏輯晶片。

邏輯晶片(Programmable Logic Device,PLD)也稱可程式設計邏輯器件,PLD是作為一種通用內建電路産生的,他的邏輯功能按照使用者對器件程式設計來确定。邏輯晶片總伴着邏輯電路,基本上是由與門、或門和非門電路組合而成的。PLD晶片屬于數字類型的電路晶片,而非模拟或混合信号(同時具有數字電路與模拟電路)晶片。

  • 邏輯IC是半導體行業第一大品類

根據世界半導體貿易統計組織(WSTS)資料,預期2022年全球半導體産品銷售額為6332.28億美元,其中數字與模拟內建電路銷售額将達到5340.1億美元,占比達到84.33%。其中,數字內建電路銷售額将達到4436.72億美元,模拟內建電路903.38億美元。而數字內建電路中,存儲器、邏輯IC、微處理器銷售額分别達到1665.17億美元、1921.82億美元、849.74億美元,邏輯IC繼續制霸內建電路市場。

半導體科普:半導體行業第一大品類“邏輯晶片”分類與主要公司
  • 邏輯IC分類

目前,邏輯晶片主要有CPU/GPU/ASIC/FPGA等幾大類:

CPU:中文名中央處理器, 是電子計算機的主要裝置之一。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的資料。CPU主要包括兩個部分,即控制器、運算器,其中還包括高速實作緩沖處理器之間聯系的資料、控制的總線。其功效主要為處理指令、執行操作、控制時間、處理資料。

在計算機體系結構中,CPU是對計算機的所有硬體資源(如存儲器、輸入輸出單元)進行控制調配、執行通用運算的核心硬體單元。CPU是計算機運算和控制的核心,計算機系統中所有軟體層的操作,最終都将通過指令集映射為CPU的操作。

從全球CPU競争格局來看,內建電路産業頭部效應較為明顯,少數領軍企業占據市場主導地位。其中Intel和AMD領跑全球CPU市場。2021年在x86領域,Intel市占率為76.65%,仍占據主導态勢。在非x86領域,ARM以低能耗、高效率、發展時間長的優勢占據移動終端市場主導地位,市占率達到43.2%,呈現雙寡頭壟斷格局。“十五”期間,國家啟動發展國産CPU的泰山計劃,863計劃也提出自主研發CPU。2006年核高基專項啟動,國産CPU領域迎來新一輪的國家支援,鲲鵬、飛騰、龍芯、兆芯、海光、申威等一批優質國産CPU廠商快速崛起。

GPU: GPU即圖形處理器,是一種專門在個人電腦、工作站、遊戲機和一些移動裝置(如平闆電腦、智能手機等)上做圖像和圖形相關運算工作的微處理器,由于其擅長大規模并發計算,是以也被應用于AI訓練等需要大規模并發計算場景。

目前,全球GPU龍頭主要包括NVIDIA、AMD、Intel,上述廠商的高性能GPU在中國的人工智能等領域得到廣泛的應用。NVIDIA、AMD的高性能GPU主要應用于高性能計算領域。目前,受市場關注的高性能GPU包括AMD的MI100、MI200以及NVIDIA的A100、H100,均具備雙精度計算能力,主要應用于高性能計算領域。目前,受國際環境的影響,國内高性能GPU市場正迎來變局。

ASIC: (Application Specific Integrated Circuit)即專用內建電路,是指應特定使用者要求和特定電子系統的需要而設計、制造的內建電路。ASIC的特點是面向特定使用者的需求,ASIC在批量生産時與通用內建電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優點。

ASIC晶片可應用于智慧安防、自動駕駛、智慧醫療、智能家居、物聯網等領域。

FPGA:全稱為Field-Programmable Gate Array,即現場可程式設計門陣列。主要由可程式設計的邏輯單元(LC)、輸入輸出單元(IO)和開關連線陣列(SB)三個部分構成。

PGA誕生于1985年。為了解決ASIC這類電路靈活性的不足,FPGA于1985年由Xilinx創始人之一Ross Freeman發明,屬于可程式設計邏輯器件PLD的一種。真正意義上的第一顆FPGA晶片XC2064為Xilinx所發明,這種FPGA比現代FPGA簡單得多,隻包含64個邏輯塊,而現代FPGA中的邏輯塊有幾千個或數百萬個。

FPGA晶片因其現場可程式設計的靈活性和不斷提升的電路性能,擁有豐富的下遊應用領域,包括網絡通信、工業控制、消費電子、資料中心、汽車電子等。2020年中國FPGA市場下遊應用中,通信領域和工業控制占比最高,分别達到41%和32%。随着智能汽車、AI推理的不斷滲透,汽車電子、資料中心将成為FPGA增長最快的細分市場。FPGA是目前國内最火的一個細分,2022年,複旦微電上市後被熱炒。

半導體科普:半導體行業第一大品類“邏輯晶片”分類與主要公司

本報告由研究助理協助資料整理,由投資顧問撰寫。投資顧問:黃波(登記編号:A0740620120007)

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