1、FPGA 芯片市 场需求测算报告 1 、FPGA 芯片 介绍 FPGA是（ Field Programmable Gate Array ） 现场可编程 门阵列的缩写， 它是在 PAL 、 GAL 、 CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA （Logic Cell Array ）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块 CLB （Configurable Logic Block）、 输出输入模块 IOB （Input Output Block ） 和内部连线 （Interconnect ） 三个部分。 用户可对 FPGA 内部的逻辑模块和 I/O 模块
2、重新配置， 以实现用户的逻辑。 它还具有静态可重复编程和动态 在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路 （ASIC ） 领 域中的一种半定制电路， FPGA 既解决 了定制电路的不足， 又克服了原有可编程 器件门电路数有限的缺点。 可以毫不夸张的讲，FPGA 能完 成任何数字器件的功能， 上至高 性能 CPU，下至简单的 74 电路，都可 以用 FPGA 来实现。FPGA 如同一张白纸或是一堆积 木， 工程师可以通过传统的原理图输入法， 或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。 简 单来是说， 由于 FPGA 采 用了逻辑单元阵列， 使得硬件的功能可以像软
3、件一样通过编程来修 改， 使得其通过编程修改可以完成各种数字芯片的功能， 如 CPU、 GPU、 DSP 等处理芯片， 同时其具有开发周期短、 可重复利用、 并行计算效率高、 低能耗等独特优点，使 得 其在处 理 海量数据、专用计算等对性能要求高的领域（如信号处理，图像处理）有着广泛的应用。 2 、FPGA 芯 片应用 广泛 FPGA 芯片在 军用和民用领域都有较广泛的应用。FPGA 是军 工特种半导体核心单品之 一，其被广泛运用于航天、航空、电子、通信、雷达等等领域。 例如： 相控阵雷达， 一个大型相控阵雷达有几千个 TR 组件， 所谓 的 T/R 组 件（ Transmitter and
4、Receiver ）在通常意义下是指一个无线收发系统中视频 与天线之 间 的部分 ，即 T/R 组件 一端接天线，一端接视频处理单元就构成一个无线收发系统，其功能 就是对信号 进行放大、 移相、衰 减 。T/R 组件 是有源相控阵雷达的核心部件，几个 TR 组件组成一个小的处理单元 对信号进行数模转换和预处理，而每个单元就含 1 个 FPGA 芯片。根据相关统计，T/R 组件 占整个雷达造价的 60% 左右； 再如： 红外搜索与跟踪系统 （IRST ） ， 所有 被红外探测器接收 的目标热辐 射信号都要 在 FPGA 的 控制下传入 数据处理系 统完成目标 搜索与跟踪 ，获取 目 标信息后再通
5、过 FPGA 将信息反馈至火控系统，由火控系统的 FPGA 完成对武器系统的控 制对目标实施打击， FPGA 是整个 IRST 系统的 神经中枢。不夸张 的说，凡是军 用 领域 涉 及到信号 处 理、图像 处 理的都可 以 用到 FPGA 芯片 。 雷达系统主要由天线、 发射机、 接收机、 信号处理机、 数据处理机和显示器等若干分 系 统构成。 发射机作用是产生雷达信号； 天线的主要作用是发射和接受雷达信号； 信号处理机 主要作用是消除不需要的杂波信号和干扰， 加强所关注的目标回波信号； 数据处理机主要实 现数据记录、自动跟踪、目标识别等功能。 四创电子，雷达整机增速很快，但振芯科技的 DDS
6、 芯片营 业增速却很慢，难道国内雷 达都是用的国外的 DDS 芯片？目前同的还都是国外的 DDS 芯片，振芯的产品没有上一个 具体的型号。 而且鉴于成本问题， 并非所有装备都会用相控阵雷达？T/R 组件中， 功率放大 器是首位，DDS 芯片第二；FPGA 计算 处理， 航天里反而不稳定， 逻辑器件， 不敢用； 相控 阵雷达，要 考虑成本都 会用吗，放 量没那么快 ？目前对于 振芯科技还 没有配套型 号的装备 ； FPGA 芯片的 使用，主要是成本覆盖问题；专用芯片、成本考虑；至于高速信号的乘法一般 需要利用 FPGA 芯片中内嵌的硬核 DSP 单元来实现。 3 、FPGA 芯片 市场空 间 测
7、算 具体的成本构成： T/R 组件是相 控阵雷达的核心部件，整体造价占到雷达的 60%70% 机载雷达： 现代战机航电设备占总成本 30-40% ， 而雷达设备占整个电 子设备成本三 分 之一左右， 则雷达设备占总成本 10%-15% ， 先进预 警机等特种飞机雷达成本甚至达到整机总 成本 50% ； 舰载雷达：现代大型舰艇电子设备占总成本比例约为 29% ，其中雷达设备占比约 40% ； 驱逐舰的占比将更高一些，保守估计仍按照 40% 比例估算，则雷达设备占总成本 12% 左右， 暂记 10%左右 。 战斗机（ 空 军 ） ： 总数上看，我国战斗机总数量一共 1523 架， 美国 2771
8、架； 从结构看，我国军机与美 国存在明显的代际差距。 根据 World Air Forces 2017 的统计 ， 美国以 F-15 、F-16 为代 表的 三代机已经占美国空军战斗机数量的 65%，以 F-22 、 F-35 为 代表的四代机占比为 10%；而 我 国空军中以 J-10 、J-11 为 代表的三代机占比为 39% ， 四代机刚刚起步。 美国空军已经处于三 代机时代，三代机是绝对主力；而我国正在进入三代机时代，J-7 、J-8 为代表的二代机仍占 比 37% 。可我们预计，未来 10 年内我国二代机将逐步退出装备序列，主力战机将以三代机 为主并逐渐向四代机过渡。 假设未来 10
9、 年， 总量上， 我国增加 1000 架战机； 结构 上， J-7 、 J-8 为代表的二 代 机（ 560 架左右）全部替换成三代机，四代机 J-20 新增 300 架左右， 另 200 架为 新增外三代机（J- 10 、 J-11 ） ； 假设未来新增的 1000 架 战机均使用相控阵雷达， 目前的 500 架左右三代战机中 有一半会替换成相控阵雷达，则未来 10 年我国 共有 1250 架 战机列装相控阵雷达。 舰艇（海 军 ） ： 按照国际上航母一般的配备原则，1 艘战斗、1 艘训练、1 艘维护保养，我们预测，除 辽宁舰外， 我国至少需要再建设三艘航母来保卫我国海洋权益。 考虑到我国南
10、北海岸线较长， 南北海域各配备一艘航母， 则需要 2 艘常备战斗 航母， 由此， 除辽宁舰外， 我国需再建 4 艘 航母。2017 年 4 月，我 国第一艘国产航母 001A 型已经下水，由此，我们预测未来 10 年我 国需再建 3 艘航母，其中 1 艘核动 力、2 艘常规 动力，均安装相控阵雷达。 我国目前海军共有南海、 北海、 东海舰队三大舰队， 每个舰队下辖 2 个 驱逐舰支队。假 设每个驱逐舰支队按 “六六制”编制配备，即 6 艘驱逐舰和 6 艘护卫舰， 各舰队按照 6 小驱 +1 大驱， 未来 10 年内各 支队主力舰均更换配备 052C/D 型驱 逐舰 、054A 型 护卫舰； 则
11、需要 36 艘 052D 型驱逐舰、6 艘 055 驱 逐舰 ，36 艘 054A 或改进型护卫舰；据统计，052D 已经建好 13 艘下 水，还差 23 艘 （10 年时间 建好没问题，之前 2012-2017 年 5 年建了 13 艘 ） ； 航母增加到 5 艘，已经建 设 2 艘， 还有 3 艘，2 常 1 核武需 要安装雷达（10 年没问 题） ； 考 虑到我国舰艇总体吨位较小，对 于 055 型万吨大驱 ， 除前面的 6 艘配备 在各大舰队， 再另外 建设 4 艘拥有 机动轮换或是远洋护航，目前已经建好 1 艘 ，还差 9 艘 。 舰载机（ 海 军 ） ： 参照美国小鹰级航母（8 万
12、吨排水量） 、尼米兹级航母（10 万 排水量）舰载机，同时考 虑我国航母总体吨位，辽宁舰 6.7 万吨左右，我国已下水的 001A 舰 6.5 万吨排水量左右， 002 舰 8.5 万 吨排水量，假 设 每艘航母 30 架战斗 机/ 轰炸机 （J-15 标准 ） ，3 架舰载固定翼预 警机，则新配备的 3 艘 航母共需要 90 架作战飞机，未来 10 年有 90 架舰载 战机需安装相控 阵雷达。 预警机（ 空军 、 海军） ： 空军装备的大中型预警机主要用于国土战略战术预警指挥， 其装备数量与国土面积有较 大关系，美国在本土部署有约 30 架 E-3 大型预警机。考虑到空警-200 已经 使用
13、超过 10 年， 空警-2000 马上 就要运行 10 年， 我们预 计未来 10 年 将迎来预警机的大更新。假 设 在未来 10 年我国按照 1:2 的高低搭配 比例装备预警机，装备约 15 架大型预警机（空警-2000） ，则 中 型预警机 （空警-500） 需 30 架； 对于舰载预警机， 参照美国航母配置， 假设每艘航母上 3 台 固定翼预警机 （较美国航母的配置少 1 架 ）， 则 3 艘航母共 需 9 架 （参 照空警-500 ） ； 据相关 报道， 运 20 已经造出 8 架，空 警 2000 已经造出 4 架， 则未来 10 年空警-2000 还需要 11 架； 空警-500
14、已交 付 6 架， 未来 10 年还 差 33 架； 防空 导 弹系统 。 ： 雷达的另一重要应用是在防空导弹系统中。 整个防空导弹系统由指挥车、 雷达系统、 防 空导弹及发射装置组成，其 中 雷达系统占一套防空导弹系统成本的三分之一左右。 我国远程 防空导弹系统： 红旗 2、红 旗 9 、S300、FT-2000； 中程： 红旗 61 、KS-1、飞 蠓 80；近 程/ 肩 扛式：红缨 5 、红缨 6 、红缨 6B 、前卫 1 、前卫 2、前 卫 3 、飞弩 6 。根据网上 2013 年 数据 “中国人民解放军防空导弹部队成立于上世纪 50 年代末， 目 前共装备有 110-120 个 营的
15、 HQ- 2 、HQ-61、HQ-7 、HQ-9 、HQ-12、HQ-16、S-300PMU 、S-300PMU-1 和 S-300PMU-2 等型 号的防空导弹系统，总计配备约 700 套发射装置，其规模仅次于俄军（装备约 1500 套防空 导弹发射装置） 。 不过， 在中国现役的防空导弹系统中， 老式的 HQ-2 （仿制自苏联的 S-75） 所占的比重 超过了三分 之一（约 40 套） 。目前 ，中国军方 正在积极淘 汰这种过时 的武器系 统”。 一个 完整的红旗-9 旅级作战单位由 6 个营级单位组成，每个营由 1 辆营级控制车 、 1 辆火控雷达 车、8 辆四联 装防空导弹发射车组成。
16、 假设未来 10 年中， 我国 会用先进的 HQ- 9/12/16 来替 换老式的 HQ-2 防空导弹系统， 则会产生 约 40 个营的 HQ-9/12/16 系统的需求， 40 个营需要 40 套雷达需 求；一套 HQ-9 的对外售 价为 3 亿美 元，考虑是出口价格，国内采 购价按 50% 折价，则一套 HQ-9 国内 价格约 10 亿元 ；初步预计雷达系统占一套防空导弹系 统成本的三分之一左右， 则雷达系统的单价为 3 亿元， 则未来防空导弹系统中相控阵雷达的 市场需求约为 120 亿 元。 未来10年FPGA市场需求 军种 应用装备 常规航母 核动力航母 055驱逐舰 052D驱逐舰
17、战斗机（歼-15 ） 舰载固定翼预警机 数量 2 1 9 23 90 9 单价 250 300 60 35 4.5 8 总价值 500 300 540 805 405 72 10% 总价值 50 30 54 80.5 40.5 50% 总价值 36 雷达价值合计 合计 军种 应用装备 四代战机 防空导弹系统 新增 存量替换 陆基大型空警2000 陆基中型空警500 路基大型相控阵雷达 数量 700 250 300 11 24 40 单价 2.5 2.5 6 20 8 10 总价值 1750 625 1800 220 192 400 雷达价值（10% 战机） 10% 总价值 175 62.5 180 30% 总价值 120 50% 总价值 110 96 雷达价值合计 相控阵雷达需求总计 FPGA需求总计（30% 雷达） FPGA需求总计（20% 雷达） FPGA需求总计（10% 雷达） 206.9 海军 航空母舰 驱逐舰 舰载机 雷达价值 空军 三代战机 预警机 1034.5 103.45 743.5 291 310.35
