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半导体科普:半导体行业第一大品类“逻辑芯片”分类与主要公司

作者:九方金融研究所

前期,我们大致介绍了半导体行业分类,并简单讲解存储芯片在半导体产业中的地位以及存储细分领域相关公司,本文我们继续为你介绍半导体产业中另一大支柱:逻辑芯片。

逻辑芯片(Programmable Logic Device,PLD)也称可编程逻辑器件,PLD是作为一种通用集成电路产生的,他的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。逻辑芯片总伴着逻辑电路,基本上是由与门、或门和非门电路组合而成的。PLD芯片属于数字类型的电路芯片,而非模拟或混合信号(同时具有数字电路与模拟电路)芯片。

  • 逻辑IC是半导体行业第一大品类

根据世界半导体贸易统计组织(WSTS)数据,预期2022年全球半导体产品销售额为6332.28亿美元,其中数字与模拟集成电路销售额将达到5340.1亿美元,占比达到84.33%。其中,数字集成电路销售额将达到4436.72亿美元,模拟集成电路903.38亿美元。而数字集成电路中,存储器、逻辑IC、微处理器销售额分别达到1665.17亿美元、1921.82亿美元、849.74亿美元,逻辑IC继续制霸集成电路市场。

半导体科普:半导体行业第一大品类“逻辑芯片”分类与主要公司
  • 逻辑IC分类

当前,逻辑芯片主要有CPU/GPU/ASIC/FPGA等几大类:

CPU:中文名中央处理器, 是电子计算机的主要设备之一。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU主要包括两个部分,即控制器、运算器,其中还包括高速实现缓冲处理器之间联系的数据、控制的总线。其功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。

在计算机体系结构中,CPU是对计算机的所有硬件资源(如存储器、输入输出单元)进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。CPU是计算机运算和控制的核心,计算机系统中所有软件层的操作,最终都将通过指令集映射为CPU的操作。

从全球CPU竞争格局来看,集成电路产业头部效应较为明显,少数领军企业占据市场主导地位。其中Intel和AMD领跑全球CPU市场。2021年在x86领域,Intel市占率为76.65%,仍占据主导态势。在非x86领域,ARM以低能耗、高效率、发展时间长的优势占据移动终端市场主导地位,市占率达到43.2%,呈现双寡头垄断格局。“十五”期间,国家启动发展国产CPU的泰山计划,863计划也提出自主研发CPU。2006年核高基专项启动,国产CPU领域迎来新一轮的国家支持,鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威等一批优质国产CPU厂商快速崛起。

GPU: GPU即图形处理器,是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上做图像和图形相关运算工作的微处理器,由于其擅长大规模并发计算,因此也被应用于AI训练等需要大规模并发计算场景。

目前,全球GPU龙头主要包括NVIDIA、AMD、Intel,上述厂商的高性能GPU在中国的人工智能等领域得到广泛的应用。NVIDIA、AMD的高性能GPU主要应用于高性能计算领域。当前,受市场关注的高性能GPU包括AMD的MI100、MI200以及NVIDIA的A100、H100,均具备双精度计算能力,主要应用于高性能计算领域。目前,受国际环境的影响,国内高性能GPU市场正迎来变局。

ASIC: (Application Specific Integrated Circuit)即专用集成电路,是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求,ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。

ASIC芯片可应用于智慧安防、自动驾驶、智慧医疗、智能家居、物联网等领域。

FPGA:全称为Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列。主要由可编程的逻辑单元(LC)、输入输出单元(IO)和开关连线阵列(SB)三个部分构成。

PGA诞生于1985年。为了解决ASIC这类电路灵活性的不足,FPGA于1985年由Xilinx创始人之一Ross Freeman发明,属于可编程逻辑器件PLD的一种。真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064为Xilinx所发明,这种FPGA比现代FPGA简单得多,只包含64个逻辑块,而现代FPGA中的逻辑块有几千个或数百万个。

FPGA芯片因其现场可编程的灵活性和不断提升的电路性能,拥有丰富的下游应用领域,包括网络通信、工业控制、消费电子、数据中心、汽车电子等。2020年中国FPGA市场下游应用中,通信领域和工业控制占比最高,分别达到41%和32%。随着智能汽车、AI推理的不断渗透,汽车电子、数据中心将成为FPGA增长最快的细分市场。FPGA是当前国内最火的一个细分,2022年,复旦微电上市后被热炒。

半导体科普:半导体行业第一大品类“逻辑芯片”分类与主要公司

本报告由研究助理协助资料整理,由投资顾问撰写。投资顾问:黄波(登记编号:A0740620120007)

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