国产FPGA芯片及系统解决方案龙头,FPGA与FPSoC软硬件技术全面布局。安路科技创立于2011年,主营业务为FPGA、FPSoC芯片和专用EDA软件等产品的研发、设计和销售。
公司产品矩阵根据不同性能特点及不同目标市场的应用需求深度布局——公司的FPGA芯片产品形成了由SALPHOENIX高性能产品家族、SALEAGLE高效率产品家族、SALELF低功耗产品家族组成的产品矩阵,FPSoC产品新推出面向工业和视频接口的低功耗SALSWIFT家族,并自主开发配套EDA软件,包括支持FPGA开发的TangDynasty软件和支持FPSoC开发的FutureDynasty软件,为所有基于安路科技FPGA产品的应用设计提供有力支持。
公司差异化定位的产品系列及不断丰富的产品型号、应用IP及参考设计使公司能够更好地覆盖下游客户的需求,产品已大范围的应用于工业控制、网络通信、消费电子、数据中心等领域。
第一阶段(2011-2016年):公司处于初创时期,自2014年起陆续推出EAGLE系列和ELF系列新产品,包含55nm/65nm/130nm多种制程,并同步推出配套EDA工具TangDynasty,产品系列初具雏形。
第二阶段(2017-2020年):公司步入快速成长期,导入大客户并逐步开始放量。公司自2017年开始大力拓展直销与经销客户。2019年,在国际贸易格局及供应链安全等因素催生的机遇之下,公司成为第一批进入中兴通讯供应链的国产FPGA企业之一;2020年,公司陆续完成汇川技术、工业富联等知名客户的认证,在工业控制和网络通信市场打开局面,逐步进入量产爬坡阶段。
且公司凭借创新的技术方案和较高的性价比逐步打开消费类客户市场。2018-2020年,公司营业收入达到0.29/1.22/2.81亿元,同比增速达329%/130%。
第三阶段(2020年-至今):PHOENIX系列与FPSoC产品为公司营收打开新空间。
(1)公司于2020年推出了采用28nm工艺的量产芯片,是国内首批具备28nm FPGA芯片设计能力和量产能力的企业之一。
截至2021H1,基于28nm的PHOENIX系列在营收中贡献尚且较低。随着逻辑单元数量高达400K的新品成功流片并逐步推进,以及2022年三颗新品的发布(PH1A60、PH1A90、PH1A180),公司PHOENIX系列芯片有望带动公司营收进入新阶段,助力公司业务版图拓展。
(2)与此同时,公司战略拓展系统级FPGA,着手研发基于RISC-V核心的FPSoC产品,已于2022年推出第一代SWIFT系列器件及FutureDynasty配套软件,能够以单芯片实现FPGA和MCU芯片优势的融合,可广泛应用于视频处理、消费电子等领域。
目前,行业内FPGA系统级芯片已经被大量应用在消费电子、工业控制、无线通信、无人驾驶、电力系统等领域。
未来随公司持续不断的研发投入与新品推出,FPSoC产品将打开广阔的市场空间。
公司第一大股东来自中电系,第二大股东为员工持股平台。华大半导体是国务院直属企业中国电子信息产业集团有限公司控股的子企业,作为公司第一大股东,直接持有公司29.11%的股份。
公司高级管理人员与核心技术人员均最终通过员工持股平台上海安芯、上海安路芯间接持有公司股份,上海安芯直接持有公司20.81%的股份(截至2022年报的情况,目前上海安芯持股票比例变更为20.78%),上海安路芯直接持有本公司0.84%的股份(截至2022年报的情况)。
虽然公司核心管理层持股比例相对不高,但是第一大股东华大半导体承诺自安路科技上市之日起五年内,且作为安路科技第一大股东期间内,不谋求控制权。公司的日常实际经营、业务开展均由公司管理层负责决策并实施。
公司现有核心技术人员共7名,其中3名高管均有过硬的软件从业背景,陈利光(总经理)和谢丁分别在港湾网络、美满电子有过软件工程师从业经验,黄志军曾在国际顶级EDA工具设计企业Synopsys Inc.担任资深主任工程师。
公司核心技术人员的软件工程能力对于FPGA公司的专用EDA工具研发起到至关重要的作用。此外,公司核心技术人员的硬件从业背景也十分亮眼,分别在莱迪思(Lattice)、复旦微、英特尔(Intel)、超威(AMD)、芯原微等行业领先乃至国际顶级的数字IC设计公司任重要职位,其中不乏国际顶级FPGA设计公司,也包括国内优秀的IP设计公司芯原微,对于FPGA中的IP应用开发也具备极其重大意义。
2019和2020年业绩增速较快,主要由于半导体行业芯片国产化的发展的策略和国内科技公司自主可控的采购战略推动了市场对国产FPGA芯片的需求,公司作为国内为数不多且技术领先的FPGA芯片厂商受益明显。
2023H1,公司实现营业收入4.04亿元,同比减少21.68%,主要由于终端市场需求低迷影响,公司产品整体出货量较上年同期有所下滑,且不少新产品或型号尚处于导入期。随着新产品的市场拓展与客户导入,公司有望于2023H2实现新产品的规模销售。
公司长期受益于政府救助金额,非经常性损益金额占比较大。2018-2022年,公司非经常性损益金额达到0.4/1.0/0.7/0.3/0.5亿元,其中,政府补助占比分别达99%/97%/95%/75%/57%,对公司早期研发投入起到重要的支撑作用。
1)海外厂商Xilinx和Lattice都是行业内领先的FPGA公司,产品矩阵的丰富度和产品价格这一块均有优势,因此整体毛利率较高;
2)复旦微FPGA产品主要使用在于高可靠等特定领域,毛利率水平也普遍较高。安路科技的主要优点是小型FPGA产品的市场基础扎实,在工业控制、LED等行业出货量较大。在产品推出早期(也即2018年),公司产品结构主要由毛利率偏低的EAGLE超高的性价比系列芯片构成。
2019年度,毛利率较高的ELF低功耗系列芯片产品销量大幅度增长,推动了公司主要营业业务毛利率的提升。2020年虽已推出毛利率较高的PHOENIX系列,但仍处于市场推广阶段;而随着2021/2022年PHOENIX产品迅速增加,公司毛利率快速提升至36.24%/39.81%。
海外FPGA设计厂商的研发费用率基本维持在15-30%区间内,随着安路科技的营收体量不断的提高,研发费用率也逐步回归与可比公司相对一致的水平。
盈利方面,2018-2022年,公司归母净利润分别为-0.09/0.36/-0.06/-0.31/0.60亿元,在经历了长期的高研发投入和亏损阶段后,公司于2022年实现了研发投入向盈利的转化,2022年归母净利润和扣非净利润同比均实现扭亏为盈。
在研发费用的构成上,公司十分注重与FPGA产品使用效果息息相关的专用EDA工具的研发。
安路科技共有两套自研EDA工具——TangDynasty、FutureDynasty,分别是FPGA和FPSoC的集成开发环境,其中FutureDynasty能轻松实现RISC-V工程的编译与调试,根据其招股书披露数据,2018-2021H1,FPGA及FPSoC软件研发相关投入分别占总研发投入的25%/30%/26%/19%,同时兼顾软件与硬件的研发也是公司研发投入较高的原因。
从2022年末存货账面余额结构来看,库存商品2.94亿元(占比51.2%),在存货中占据较大的比重;从存货减值计提结构来看,库存商品减值准备1309万元(占比99.2%)。
公司存货水平整体上受到2022年下游景气度的影响,与行业普遍情况较为一致。2023Q1-Q3,为保证供应链稳定,公司逐步提升了库存。
公司应收账款质量较高,回款速度持续提升。2018年以来,公司持续加强应收账款管理和催收力度,使得应收账款回收速度加快。从应收账款账龄来看,3个月以内(含3个月)账龄的应收款项占比逐年提升,2022年占比已达到98.8%。
FPGA(Field Programmable Gate Array)又称现场可编程门阵列,是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路,用户在使用的过程中能够最终靠软件重新配置芯片内部的资源实现不同功能。
通俗意义上讲,FPGA芯片类似于集成电路中的积木,用户可根据各自的需求和想法,将其拼搭成不同的功能、特性的电路结构,以满足多种场景的应用需求。鉴于上述特性,FPGA芯片又被称作“万能”芯片。
逻辑芯片按功能可分为四大类芯片:通用处理器芯片(包含中央处理芯片CPU、图形处理芯片GPU,数字信号处理芯片DSP等)、存储器芯片(Memory)、专用集成电路芯片(ASIC)和现场可编程逻辑阵列芯片(FPGA)。
FPGA自Xilinx公司1985年发明以来,在硬件架构上从PROM阶段(简单的数字逻辑)到PAL/GAL阶段(“与”&“或”阵列)再到CPLD/FPGA阶段(超大规模电路),到如今FPGA与ASIC技术融合、向系统级发展的SoC FPGA/eFPGA阶段。
相较于其他逻辑芯片而言,FPGA在灵活性、性能、功耗、成本之间具备比较好的平衡(据润和软件):
一方面,由于GPU采用大量的处理单元并且大量访问片外存储SDRAM,其计算峰值更高,同时功耗也较高,FPGA的平均功耗(10W)远低于GPU的平均功耗(200W),可有效改善散热问题;另一方面,GPU在设计完成后无法改动硬件资源,而FPGA根据特定应用对硬件进行编程,更具灵活性。机器学习使用多条指令平行处理单一数据,FPGA的定制化能力更能满足精确度较低、分散、非常规深度神经网络计算需求。
(2)相较于ASIC芯片,FPGA在项目初期具备短周期、超高的性价比的优势。
ASIC需从标准单元进行设计,当芯片的功能及性能需求发生明显的变化时或者工艺进步时,ASIC需重新投片,由此带来较高的沉没成本以及较长的开发周期;而FPGA具有编程、除错、再编程和重复操作等优点,可实现芯片功能重新配置,因此早期FPGA常作为定制化ASIC领域的半定制电路出现,被业内认为是构建原型和开发设计的较快推进的路径之一。
2022年FPGA行业受益于数据中心行业发展的驱动,市场规模迎来爆发式增长,同比增速接近30%,远高于Frost&Sullivan曾经的预测数据15.7%。由于该统计数据仅截至2019年,因此我们对FPGA市场规模进行重新测算。我们对全球主流FPGA芯片公司的收入数据来进行不完全统计,由于FPGA市场集中度高(2019年全球FPGA按出货量口径市场占有率CR4达到94.4%),因此图27所列示的公司营收数据大概能代表全球FPGA市场规模。
长期来看,根据FPGA龙头厂商Intel(Altera)于2023年年中给出的市场预测,2023年市场增长预计将超过16%,未来5年的增长势头向好,预计将继续保持10%以上的复合年均增长率。由AI行情引发的大模型热潮仍将持续推动AI服务器对于算力部署的需求,FPGA有望依托于高灵活性、低功耗等特征持续受益于AI服务器市场的增长。
2.3. 竞争格局:AMD、Intel双寡头主导市场,中端市场国产化机遇显现
全球市场之间的竞争格局稳定,国际龙头占据绝对市场占有率。根据Frost&Sullivan数据,2019年全球前四大FPGA厂商合计占据94.4%的市场占有率,其中,AMD(Xilinx)、Intel(Altera)分别占据51.7%、33.7%的绝对份额,具有难以撼动的市场地位。
(1)国产FPGA厂商开始崛起。近年来,随着国产替代趋势渐渐进入FPGA市场,国产FPGA厂商已占有一席之地。据我们测算,主要国产FPGA设计公司合计营业收入自2018年的2亿元增长至2022年的33亿元,2022年全球市占率已超过5%(按本文2.2测算口径),国产化进程大步推进。
(2)国际龙头厂商在中国市场的占有率略低于全球市场(出货量口径)。2019年,AMD(Xilinx)、Intel(Altera)在中国市场的份额为36.6%/25.3%(出货量口径),低于其在全球市场51.7%/33.7%的份额。
从供给侧看:国际龙头对中端FPGA投入放缓,中端市场迎来机遇。2022年9月,AMD宣布Xilinx 7系列产品的生命周期将至少延长至2035年,这在某种程度上预示着在中端FPGA领域,AMD的战略是维持旧有市场,而非增加投入。这为原本在低端市场发展的FPGA厂商带来机遇。
从需求侧看:中国FPGA市场目前以容量500K、制程在28-90nm的产品为主,中低端市场空间更为广阔。
根据Frost&Sullivan数据,(1)按逻辑单元拆分,目前100K以下逻辑单元的FPGA芯片仍是市场需求量最大的部分,其次为100K-500K逻辑单元部分。500K以下逻辑单元的FPGA芯片合计占有69.9%的市场占有率(2019年中国市场,销售额口径)。
(2)按制程拆分,目前28nm-90nm制程区间内的FPGA芯片由于其较高的性价比与较高的良品率依然占据了市场中63.3%的份额(2019年中国市场,销售额口径)。此外,由于先进制程产品具有更低功耗与面积和更高的性能,28nm以下制程的FPGA芯片预计将快速发展。
公司目前主要立足于国内市场,行业国产替代趋势为公司业绩增长贡献重要驱动力。
公司2018-2022年主营业务境内出售的收益占公司当期主要经营业务收入的占比分别是81%、86%、74%、90%、95%。其中,公司境外销售地区全部为香港特别行政区,境外客户均为经销商位于香港的贸易平台。
我们测算2022年中国市场FPGA国产化率约为15.9%(假设为:国产FPGA设计企业主要面向中国市场销售;按Frost&Sullivan预测口径;未考虑规模相对较小的国产非上市公司),国产替代进程尚处于早期阶段,诸多高端应用领域仍掣肘于国际巨头。
复旦微进入市场较早,2018年其FPGA营收显著高于安路科技、紫光同创。随着2020年安路科技与紫光同创相继推出28nm新制程产品,营收体量快速成长,2019-2022年营收CAGR分别达到104%、145%,略快于复旦微71%的CAGR增速。
我们预计,随着国产FPGA公司新料号的逐步推出,国产替代的可触达空间有望不断提升,国产化推进有望迎来可观增量。
我们根据AMD(Xilinx)的官网信息对其FPGA及自适应SoC产品进行梳理。
根据参考安路科技招股书问询函回复中的描述,我们大致将FPGA芯片按逻辑单元数量划分产品定位:将逻辑单元数在100K及以下的产品定位为低端产品,将100K-600K的产品定位为中端产品,将600K及以上的产品定位为高端产品。
通过梳理可以看出,国际龙头厂商产品矩阵完整性高,覆盖面广。经过数十年的发展,已形成全面覆盖从数十K至数千K个逻辑单元量级、从低端到高端的全系列产品线,已可对工业控制、网络通信、消费电子、数据中心、汽车电子、人工智能等主要下游领域形成全面覆盖。
从国产替代的急迫性上看,FPGA在工业领域面对的主要下游应用是伺服电机。
在通信应用中,FPGA则直接面向基站、雷达、卫星等关乎国计民生甚至国防安全的领域,具有重要的战略意义。FPGA在数据中心、AI领域更是重要的计算芯片类别,可以作为异构计算的关键一环,起到加速计算的作用。以上几个领域几乎占据了中国FPGA市场接近90%的份额(2019年,Frost&Sullivan数据),FPGA的自主可控需求可以得见。
国产FPGA公司目前主要有10家左右,按公司成立时间顺序依次为:复旦微电子(1998)、成都华微电子(2000)、紫光国微(2001)、安路科技(2011)、西安智多晶(2012)、紫光同创(2013)、高云半导体(2014)、上海遨格芯(2015)、京微齐力(2017)、中科亿海微(2017)。其中,紫光同创为紫光国微子公司,二者业务不尽相同。
在民用市场中,紫光同创和安路科技是国内领先的FPGA芯片设计公司。2020年,二者相继到达28nm制程,从低端FPGA顺利过渡到中端FPGA市场。
在这一竞争阶段(100K产品),安路科技在SERDES速率上相对占优,PHOENIX1系列的127K产品速率达到16Gbps,高于紫光同创Logos-2系列的6.6Gbps。
紫光同创随即于2021年推出Titan-2系列72K-160K产品,SERDES速率也能达到13Gbps,接近于安路科技的水平。随后进入下一竞争阶段(400K产品),紫光同创率先于2022年推出Titan-2系列390K产品,并推向市场。
安路科技的400K产品截至招股书发布(2021年11月9日)时已成功流片,近期也有PH1A400产品于2023慕尼黑上海电子展展出;据招股书披露,600K产品以及下一代PHOENIX2系列已在研发过程中。
除紫光同创和安路科技以外,高云半导体也是FPGA领域颇具亮点的非上市公司。作为国内第一家大规模出货车规FPGA芯片的原厂,公司的车规方案目前已在市场上数十款汽车上使用,截至2021年9月/2022年4月,公司FPGA产品在汽车电子市场累计出货量已分别突破100/200万片。
在特种集成电路市场中,复旦微电、成都华微、紫光国微均为成立时间较为久远的公司,在产品技术方面同处于国内特种领域领先地位。其中,复旦微电、成都华微均有推出基于28nm的700K产品。
工业自动化的应用核心是各类工业自动化控制设备和系统,其产品从功能上可以划分为控制层、驱动层和执行传感层。FPGA器件是PLC和伺服驱动器的核心部件。
在PLC中FPGA作为控制核心,负责IO管理和总线通信功能;在伺服驱动器,FPGA负责快速运动控制算法和总线通信功能。
(1)PLC(Programmable Logic Controller,可编程控制器)处于运动控制的最上层(控制层),是设备自动化/产线自动化及流程工业的“大脑”,可通过数字或模拟输入/输出,控制各类机械或生产过程。
(2)伺服系统(Servo System)是使物体的位置、方位、状态等输出量,随着输入量的任意变化而变化的自动控制系统,是工业自动化的关键零部件,是实现精准定位、精准运动的必要途径。伺服系统主要由伺服驱动器(驱动层)、伺服电机和编码器(执行传感层)组成,编码器通常嵌入于伺服电机。
PLC往往以CPU作为控制核心,FPGA的方案相对较少。PLC一般由CPU、电源、输入电路、输出电路、存储器和通信接口电路组成。随着技术的进步和完善,运动控制器从以单片机、微处理器或专用芯片作为核心处理器,发展到以DSP和FPGA作为核心处理器的通用开放式运动控制器。
通过我们对PLC厂商汇川技术以及禾川科技产品系列的统计来看,目前PLC产品的主流方案大多以CPU为控制核心。
PLC向“积木化”控制的趋势发展,更多先进的控制技术对FPGA提出应用需求。
随着中国智能制造的推进以及下游厂家的生产智能化、个性化及柔性化要求日趋提高,运动控制技术向高速响应、网络化、集成化的方向发展,并且由原有的单体控制方式向“积木化”控制技术发展。其中,单体脉冲控制技术所需的高速高精控制技术、多段插补技术、高速锁存技术均存在对FPGA的应用需求。FPGA未来有望在PLC市场取得更多的应用渗透。
在伺服驱动器中主要有功率板和控制板两大结构。其中,控制板部分是整个系统的控制核心,它通过相应的算法输出脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)信号,作为驱动电路的驱动信号,来改变逆变器的输出功率,以达到控制交流伺服电机的目的。
在Xilinx公司、Lattice公司(FPGA公司)的多轴马达控制系统中,控制板(Control Board)由ARM/DSP和FPGA共同组成;在汇川技术(伺服驱动器公司)官网的产品介绍中,其伺服驱动器产品也包含MCU和FPGA两类芯片。
伺服驱动器包括单轴和多轴两种类型,因此在用量方面,FPGA与伺服电机存在1对1或者1对多的关系。通过统计汇川技术的伺服驱动产品,MCU+FPGA的芯片组合广泛应用于单轴/多轴伺服系统中。相较传统的只能控制单一马达的专用芯片,FPGA芯片可以做到多通道的马达控制,在工控领域的应用中更具优势。
电机有控制电机与非控制电机之分,非控制电机侧重电机在启动和运行过程中的力能指标,控制电机更侧重扭矩、转速、位置输出特性,而此三种特性分别由伺服系统的三个控制环路——电流环/速度环/位置环来实现。
其中,电流环是控制的根本,在速度和位置控制的同时,系统实际也在进行电流(转矩)的控制以达到对速度和位置的相应控制。随着工业自动化程度加深,新的工业控制系统不断优化控制算法,对于节省计算资源和时间消耗提出了更高的要求。
工业控制的算法实现,大致有两类技术路径,分别是MCU/DSP的软件平台路径和FPGA的硬件算法实现路径。
DSP的优势在于技术和开发工具的成熟性以及相对较低的价格,但在实现控制算法的加速时会有技术方面的限制,且存在耗时更长的问题。更好的算法加速方式是采用与算法要求相匹配的特定硬件体系结构,以显著减少控制算法的执行时间。
(a)是串行且复杂的算法,适合在通用处理器上实现;(b)是并行性和规律性较强的算法,适合基于FPGA来实现。
工业控制领域的算法大多处于中等复杂性区间,也存在并行计算的可能性,因此,目前业界多采用通用处理器与FPGA相结合的方案。
但在某些对性能有严格要求的应用领域,也会采用纯硬件FPGA架构,FPGA可以充分发挥可编程性,以构建符合目标应用要求的特定硬件架构。如右上图所示,(a)代表多通道控制方案,(b)代表高频开关切换(高频采样)情形下的方案,以上两种场景均对硬件架构有较为明确的需求。
目前驱动马达所消耗的电力占据了全球能源消耗的很大部分,根据DIGITIMES数据,电机驱动系统电力消耗在工业用电中约占45%。
针对于驱动电机的能耗问题,各国解决方向大多针对电机效率问题着手,积极推动置换高效率电机,但若从驱动电机及控制系统的角度改善电机能耗,往往能够达到数倍的提升。
现代工业领域对伺服系统的控制算法和控制精度要求日益增高,而FPGA由于其功能强、速度快、灵活性大、设计周期短等特性被广泛应用到工业伺服领域。
在节能环保的趋势下,未来各类能够精准控制马达并可以在单一芯片上实现控制多个马达的FPGA芯片将在工业控制领域得到更多应用。
工业下游较为分散,存在定制化需求,FPGA可以为用户提供较强的灵活性。工业控制设备面向的下游领域包括3C电子、光伏、锂电池、纺织、物流、机器人等等,各行各业对工业控制产品的要求存在差异化。FPGA可以帮助用户,根据自己的实际需要进行功能配置,具有使用灵活性、产品开发周期、系统扩展性、并行运算加速等方面的优势。
3.1.1. 市场空间:下游国产化率不断提升,为核心零部件国产替育土壤
中国伺服电机市场规模保持增长趋势,预计2023年将达到195亿元。受到下游工业机器人、电子制造设备等产业扩张的影响,伺服电机在新兴产业应用规模也不断增长。2022年中国伺服电机市场规模达181亿元,预计2023年市场规模将增长8%至195亿元。
分领域来看,下业占比格局较为稳定,2011年至2020年各下业占比变化较小。中国伺服电机下游应用主要集中在机床,2020年占比为20.4%。其次分别为电子制造设备、包装机械、纺织机械、机器人、塑料机械、医疗机械及食品机械,2020年占比分别为16.5%、12.6%、12.1%、8.7%、8.2%、3.6%及2.3%。
核心零部件直接决定了工业机器人的性能、可靠性和负荷能力,对机器人整机起着至关重要的作用。伺服系统(伺服电机和伺服驱动)作为核心零部件之一,在高速、高精度、高可靠方面具有严格的要求,也占据了机器人价值量中的较大份额。
Interact Analysis研究显示,从市场规模来看,2022年工业机器人的核心“三大件”,即伺服电机、伺服驱动和减速器合计占工业机器人整体销售额的35%,其中减速器份额占比最高,达到14%,伺服电机和驱动占比分别为11%、10%。
控制器作为每台工业机器人必备的“大脑”,市场规模也达到了工业机器人销售额的8%。另外,机器视觉(硬件部分)在Delta和SCARA类机器人本体销售额中占比也分别达到14%和13%,在拾取和小件分拣场景中有重要应用。
中国工业机器人的广阔市场为国产核心零部件提供发展空间。国内工业机器人密度指标较发达国家仍有较大提升空间,同比增速较快。根据MIR睿工业,2012-2022年中国工业机器人的销量从2.72万台增长至28.2万台,年均复合增速达26%。国产替代显著加速,国产龙头机器人厂商发展势头良好。根据MIR睿工业,2017-2022年中国工业机器人国产化率由24.2%提升至35.7%。
国产化和数控化是国家2025年的明确发展目标,也是国产FPGA打入市场的关键机遇。数控机床是装备制造的工业母机,机床产业的技术水平、加工效率、精准程度及长期稳定可靠工作对一个国家制造业至关重要。
根据固高科技招股书援引前瞻研究院资料,2018年我国低档数控机床国产化率约82%,中档数控机床国产化率约65%,高档数控机床国产化率仅约6%。加强自主可控供给能力是我国智能制造发展的重点任务。《“十四五”智能制造发展规划》明确提出,到2025年,我国的供给能力明显增强,智能制造装备和工业软件技术水平和市场竞争力显著提升,国内市场满足率要分别超过70%和50%。关键工序数控化率指标为《中国制造2025》对于实现制造强国“三步走”的战略目标,力求实现到2020/2025年,关键工序数控化率分别达到50%/64%。
近年来中国伺服系统市场国产化率迅速提升,汇川技术已成为通用伺服市占率第一。
根据禾川科技公告援引MIR睿工业的数据,2020年我国通用伺服市场中,日韩品牌占据约51%的市场份额,国产品牌占据约30%份额,欧美品牌占据约19%份额;2022 年,国产品牌市场份额提升至50%,日韩/欧美品牌分别占据约30%/20%的市场份额。
汇川技术作为中国通用伺服市场龙头,2021年在中国通用伺服系统市场份额达到16.3%,首次超越外资品牌,获得市场份额第一名;2022年保持市占率第一,并将市场份额提升至22.41%。在下业国产化率提升的大背景下,汇川技术充分享受国产行业龙头的品牌红利,未来有望持续受益于国产化率提升。
国产替代趋势之下,供应链自主可控需求已提上日程。在国际关系不断变化的当下,工业控制公司对核心关键原材料自主可控的需求日益上升。如禾川科技分别在2020年和2021年在处理器、隔离器件、电源管理器件和逻辑器件、存储器等领域逐步开始向境内供应商采购;如雷赛智能也考虑若国内产品的良率、使用寿命期限内的性能稳定性达到国外竞品水准,会逐步将成熟国产替代产品引入其供应链。
3.1.2. 公司竞争力:28nm工控产品媲美国际龙头,23H2放量可期
公司FPGA工业伺服系统解决方案相对成熟完善,充分发挥FPGA器件的竞争优势。
在安路科技FPGA的工控伺服系统中,FPGA作为协处理器,主要实现电流环算法、电机驱动、编码器、调制器等功能,配合CPU/DSP实现对整个伺服系统的精确控制。
客户可以根据应用需求选择不同容量的FPGA芯片,扩展多轴的应用、支持工业以太网、适应更为复杂的系统。
方案优势包括:(1)硬件电流环:FPGA逻辑实现电流环算法,高性能、高精度;(2)扩展性强:丰富的逻辑资源,方便客户进行多轴方案开发;(3)工业以太网:可以支持工业以太网,适应大型化、系统化的需求。
公司于2016年切入工业市场。2017年,公司推出ELF2系列芯片,可广泛应用于伺服驱动、工业控制等多个领域。2
020年,公司取得工控头部客户汇川技术认证,在工业控制FPGA市场中取得重大进展,同年公司工业控制领域实现营业收入0.44亿元,同比增长76%。
目前,公司在伺服驱动领域主要提供两款FPGA器件,分别为EAGLE4系列中的EG4X20,以及PH1A系列中的PH1A60(2022年底推出),其中PH1A系列新产品正在客户推广过程中,有望在23H2实现规模销售。
公司PHOENIX系列主要产品PH1A100与AMD(Xilinx)的Artix-7系列主要产品具备相当的逻辑单元数量(等效LUT数量),各项指标几乎与国际厂商的同类产品相当。在该料号的对比方面,安路科技几乎具备媲美国际厂商的硬件实力。
参照本文表4和表5,通过与AMD(Xilinx)的FPGA及自适应SoC产品对比发现,公司在工控领域仍有较大国产替代空间。
(1)在FPGA产品中,ARTIX系列是工业领域相对先进的产品系列,包含ARTIX UltraScale+的16nm平台和ARTIX7的28nm平台,公司在28nm系列中已实现了与AMD(Xilinx)相当的硬件水平。
(2)在SoC产品中,ZYNQ 7000 SoC的28nm产品是面向多轴马达控制、机器视觉、可编程逻辑控制器(PLC)等工业控制主流应用的产品。公司在FPSoC产品方面尚处于早期阶段,目前已有的SWIFT1系列产品主要应用于视频处理、消费电子等领域。
随着公司持续向更先进制程FPGA产品投入研发,以及大力拓展FPSoC产品的料号丰富度,不断导入新应用,我们认为公司在工业控制领域仍有广阔的提升空间。
FPGA芯片的优势使其在LED显示屏领域得到了广泛的应用。LED显示控制系统属于LED屏幕显示的核心组件,是一个融合计算机控制技术、视频技术、光电子技术、通信技术的综合系统。
20世纪90年代,ASIC和大规模集成电路开始应用于视频处理设备中,融合了DSP和FPGA的应用,在功能上包含了数据预处理、数据缓存和数据的逻辑控制,在很大程度上改变了传统视频处理技术中处理速度慢的缺点,也使DSP和FPGA成为了该技术领域的主流芯片。
当前主流的LED显示屏控制系统多以FPGA芯片或FPGA芯片结合其他芯片做为主控芯片。该类控制产品被广泛应用于庆典活动、竞技赛事、会议活动、展览展示、监控调度、电视演播、演艺舞台、商业广告、信息发布、创意显示、智慧城市、虚拟拍摄等下游应用领域。
从早期的2K到正在普及的4K,再到受益于小间距而得以实现的8K大屏,显示屏分辨率不断扩大(意味着LED显示控制系统需要控制的像素点更多),对LED显示控制系统的带载能力和传输带宽提出了更高的要求。
另一方面,大屏化也逐渐催生高清化需求。随着显示屏像素密度的不断提升,人眼对于显示屏画质的要求也变得更高,对LED显示控制系统精准控制好每一颗像素的发光亮度和色彩提出了新的挑战。
传统的单片机方案已经无法适应LED显示屏日益增长的性能需求,FPGA则能够在该领域发挥出诸多优势。
FPGA芯片的现场可编程特性可满足大型LED显示屏系统显示数据格式转换的需求,以满足各种形状和规格显示屏的定制,也可满足其需要进行亮度、对比度、灰度级等参数灵活调节的需求,使LED显示屏得到更加细腻的显示画面,加之FPGA具有处理速度高、可靠性高、高容量和集成度高等优势,近年来逐渐成为LED显示控制的主流方案。
对于FPGA的下游(LED显示控制系统厂商)而言,基于FPGA的硬件编程能力是其核心壁垒之一。
如诺瓦星云招股书披露,公司核心技术在生产工艺流程中主要体现在程序烧录环节,其中包括“高精度全灰阶亮色度校正技术”、“微小间距LED显示屏画质引擎技术”等等诸多核心技术构筑产品竞争力。如卡莱特专门成立硬件部,负责LED显示控制系统FPGA程序开发和视频处理器FPGA程序开发。
疫情过后需求逐渐释放,LED显示屏亟待复苏。根据高工咨询,国内因前期受到疫情影响,需求暂时被延迟释放,今年国内市场的需求正在逐渐释放出来。TrendForce给出乐观预期,2023年国内LED显示屏市场将会有所反弹,有望带动LED显示屏芯片的规模成长。
(1)虚拟拍摄、影院屏、裸眼3D、体育赛事屏等细分市场仍将高增长态势。高工咨询预计,虚拟拍摄、影院屏等细分市场,未来三年依旧将保持二位数以上的高增长。
(2)小间距LED显示渗透率还不足五成,后续市场空间极为广阔。根据DISCIEN,小间距LED显示2021-2025年复合增长率有望达到20%。
根据高工LED调研情况,2022年价格最低时同样规格的小间距LED显示屏比2022年初价格跌了差不多30%。而通过22H2开始的各大显示屏厂商减产,以及23H1以来尤其是五六月份,LED显示屏需求有明显的复苏迹象,至2023年中,各大显示屏厂商和渠道端的库存清理已基本恢复到正常水位,为显示屏企业的调价奠定了基础。
下游头部厂商卡莱特积极引入安路科技作为FPGA供应商,近年来其供应链分散化程度逐步加深。卡莱特主要通过博科供应链进口采购芯片,2019-2022H1对其采购金额占采购总额的比重分别为50.59%、43.13%、47.04%和40.13%。
卡莱特为保障原材料供应的稳定和安全,部分种类芯片引入其他进口品牌或国产品牌作为补充。例如企业主要采购Lattice品牌的FPGA芯片,2019-2022H1期间增加向AMD(Xilinx)和Intel(Altera)等其他进口品牌以及安路科技等国产品牌的采购。在下游工控领域以及芯片行业的国产替代大潮中,安路科技有望持续受益。
(1)FPGA芯片被应用在无线通信基站和射频处理单元的多种电路板中,以实现通信协议的各种功能和未来升级需求;(2)集成CPU的现场可编程系统级芯片产品被应用在室外微基站、室内微基站等无线网络通信中,以单芯片完成商业、住宅、工厂区域的多模覆盖、网络容量增加、人工智能计算等多样性功能需求。
根据TI参考设计,基带单元(BBU)中固定会使用到一颗FPGA芯片,而在宏基站的BBU、AAS、RRU中、小型蜂窝基站中、以及室内回程中均有部分芯片可选用FPGA/ASIC。
5G应用场景多元化,5G移动网络形态随之产生多元化部署。5G时代是万物互联的时代,也是新应用场景层出不穷的时代(如智能驾驶、VR/AR、智慧城市、工业自动化等)。不同场景对于网络的特性要求(网速、时延、连接数、能耗等)会有所不同,有的甚至是矛盾的。所以把网络拆开、细化,可以更灵活地应对场景需求,也即产生了5G网络切片的概念。
为满足不同场景的需要,5G接入网架构不断革新。5G基站的BBU单元拆分为CU/DU两类细分单元,由此5G基站设备的整体架构由BBU+AAU/RRU的2层架构,逐步向CU+DU+AAU/RRU的3层架构(5G时代的产物)转变。
- CU:原BBU的非实时部分将分割出来,重新定义为CU,负责处理非实时协议和服务。
- AAU:BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。
- DU:BBU的剩余功能重新定义为DU,负责处理物理层协议和实时服务。
FPGA芯片得到大规模运用主要是由于其具有高度的灵活性、极强的实时处理和并行处理能力,大大加强了通信设备的处理能力。
一方面,新技术推广初期,各设备厂家为了抢占产品和技术的制高点,在标准还未冻结之前就推出原型样机或小批量生产,只有通过可灵活编程的FPGA才能实现。
另一方面,5G通信的MIMO天线阵列和波束成形技术的出现,需要大量信号并行处理,FPGA是解决这类需求的最理想的解决方案。同时,无线通信系统中许多功能模块都需要大量的滤波运算,这些滤波函数往往需要大量的乘和累加操作。FPGA芯片内在的分布式逻辑和运算单元结构使其可以较容易地实现分布式的算法结构,使其可以实现通信过程中大量的高速数字信号处理功能。
在无线通信中,根据电磁波的传播特性,电磁波频率与传输距离成反比,电磁波频率越高,越容易在传播介质中衰减,基站覆盖距离越短。
4G基站的数量较3G基站数量有较大增幅,5G的频段在2.6GHz以上,比4G的频率更高,随着频段上升,要达到与4G网络同样的覆盖范围,5G基站的密度必然会大幅增加,超密集组网也成为了5G的关键技术之一,基站的需求量将会大幅度增加。
根据中国联通网络技术研究员预测,5G宏基站的需求量约是4G基站的1.5倍,2021年末4G基站的数量为590万站,据此测算,到5G基站建设基本覆盖全国时,5G基站至少需要885万站,即使考虑到共建共享的因素,5G基站也将迎来广阔的市场空间。
政策端,以“十四五”基站建设目标测算,未来三年宏基站建设速度预期趋缓。《“十四五”信息通信行业发展规划》明确给出“十四五”时期5G基站建设目标,即到2025年,每万人拥有26个5G基站。根据国家统计局2022年末人口数141,175万人估算,到2025年,全国5G基站需求量为367万个。
5G频段整体高于4G,5G宏基站信号覆盖力低于4G宏基站,室外广域覆盖容易有盲点,使用小基站进行室外补盲需求更为突出。同时5G时代70%新业务发生在室内,现有DAS(Distributed Antenna System,室内分布式天线R的MIMO技术,难以顺利向5G演进,小基站能够有效弥补5G宏站部署广度、深度不足问题。5G将在未来采用“宏站+小站”组合覆盖模式,因而宏基站大规模建设后就是小基站的铺广建设,小基站大范围建设规模达到巅峰会稍慢于宏基站。
全球小基站市场有望在2024年达到快速增长期。根据艾媒咨询,2026年全球将累计部署4900万个小基站射频点,其中中国和东南亚地区累计部署的小基站数量将占全球总量的36%。
全球5G小基站的出货量有望从2021年开始持续放量,至2024年增速超过33%,2026年出货量预计达到6000万个。
中国三大运营商的5G小基站建设也自2022年开始正式拉开商用化序幕,国产化势在必行。
早在2020年,三家运营商及多家产业生态厂商便联合发起了无线云网络多样化生态行动计划,促进并加速5G小站生态丰富。
2022年,中国移动完成了5G扩展型皮基站招标,中国电信和中国联通也分别以自研采购或公开采购的方式商用扩展型皮基站设备。目前,5G室外基站建设已基本实现广域覆盖,后续运营商将重点聚焦5G室内网络建设新赛道。
中国移动2022-2023年扩展型皮站设备集采金额接近13亿元。预估采购规模约为2万站,其中单模扩展型皮站7500站,双模扩展型皮站12500站。中标厂商包括京信、中信科移动、赛特斯、锐捷、新华三等。
(1)远端单元及扩展型基带单元、扩展单元标包:预估采购数量为远端单元72000台、基带单元1350台、扩展单元4050台;
(2)前传开放基带单元及扩展单元标包:预估采购数量为基带单元900台、扩展单元3600台。2023年2月,中国电信研究院对外披露,由中国电信研发的5G扩展型小基站国产化pRRU已经研发成功,芯片和器件国产化率达到100%。
中国联通研究院也于2022年正式发布了首款高国产化率毫米波室内分布式微基站,这款高国产化率室内分布式微基站由中国联通与紫金山实验室、中航国际联合研发。
(1)X86+FPGA方案,以Intel(Altera)为主要代表的厂商,其方案成熟,未来将向FlexRan、云化、容器化演进。
(2)ARM+DSP方案,以NXP为主要代表的厂商,其产品具备低成本和低功耗的优势。
(3)ASIC芯片方案,以高通为代表的厂商,其产品具备灵活、可虚拟化、可扩展的特性。
Intel为5G小基站设计的平台中,RRU(远端射频单元)基于Intel Arria10 FPGA,Arria10 FPGA和SoC串行收发器提供宽带、低延时、低功耗的选择,可以支持开发高速通信系统,非常适合无线基站。Intel目前基于Flex RAN的端到端解决方案,已经被绝大多数5G小基站广泛采用。
网络通信受国际贸易格局及供应链安全等因素的影响,中兴通讯在积极地推动国产替代进程。公司产品于2019年开始导入中兴通讯,是第一批进入中兴通讯供应链的国产FPGA企业之一。2020年,中兴康讯成为公司第五大客户,贡献营收373.18万元,占比1.33%,未来有望持续受益于客户订单量提升。
此外,公司还积极拓展其他网络通信设备客户,在该领域公司凭借强大的技术实力、优质的服务水平和较高的性价比水平已成功获得部分电子制造业公司的订单。在5G小基站领域,公司FPGA芯片也已逐步获得应用。
1、FPGA产品:公司的FPGA芯片产品由SALPHOENIX高性能产品家族、SALEAGLE高效率产品家族、SALELF低功耗产品家族组成,主要应用于工业控制、网络通信、消费电子、数据中心等领域。
随着公司逐步推陈出新,产品系列不断丰富,产品覆盖领域随之逐步拓宽,近年来公司FPGA产品营收迅猛增长,2020/2021/2022年分别同比增长132%/129%/54%,收入体量达到2.8/6.4/9.9亿元。23Q1-Q3终端市场需求持续低迷,叠加不少新产品或型号尚处于导入期,导致公司营业收入同比减少。
公司在工业控制及网络通信的主战场中逐步打开自身的品牌影响力,我们看好公司未来有望随着行业周期而逐步复苏;而且公司目前芯片制程已升级至28nm设计平台,不断涉及更多中高端的应用领域,我们看好公司持续拓展增量市场空间。
2、FPSoC产品:公司FPSoC产品主要有SALSWIFT一个系列,是自2022年新推出的面向工业和视频接口的产品,也代表了公司未来的一个重点发展方向。
早在2018年FPGA巨头Xilinx宣布不再将自身定位一家FPGA公司,而是定位为一家SoC平台公司,昭示着可编程系统级芯片FPSoC的巨大发展潜力和良好应用前景。在安路科技IPO募投项目中,现场可编程系统级芯片研发项目(也即FPSoC)计划投资3亿元,占总投资计划10亿元的30%左右。
公司在ELF系列产品中已设计过一款嵌入开源RISC-V核和ARM Cortex核的芯片,集成FPGA+双CPU核+ADC,开发了基本的SoC软件开发环境,已在多家客户获得应用,新推出的SWIFT系列产品也已贡献营收。
我们选取复旦微、紫光国微、澜起科技、兆易创新与景嘉微作为可比公司,可比公司均为国内数字芯片龙头企业。可比公司2023-2025年平均PS倍数为15.07/10.35/7.69,我们预计公司2023-2025年营业收入为8.76/14.35/18.90亿元,对应当前PS倍数为17.96/10.96/8.32。
业绩下滑或亏损的风险:公司核心竞争力、持续经营能力未发生重大变化。由于公司目前依然保持较大的研发投入,未来若出现下游市场复苏不及预期、行业竞争加剧、产品更新迭代放缓等情形,且公司未能及时针对性的调整经营策略,公司将面临业绩下滑或亏损的风险。
宏观及行业因素风险:集成电路行业是资本及技术密集型行业,本身呈现一定周期性波动的特点。同时,集成电路行业发展与全球经济形势密切相关,行业周期的波动也与经济周期关系紧密。受到国际政治环境、国内宏观经济的波动、行业景气度、产业相关政策变化等因素的影响,下游市场需求的波动和低迷可能会导致对集成电路产品的需求下降,从而使包括公司在内的集成电路企业面临一定的行业波动风险,对经营情况造成一定的不利影响。
行业竞争加剧风险:目前,FPGA芯片行业呈现集中度较高的态势,市场竞争较为激烈。由于公司处于快速发展阶段,与国际同行业知名厂商相比,公司在产品布局丰富程度等方面仍存在一定差距;同时,国内同行业竞争对手也在提升自身实力。若未来FPGA市场竞争日趋激烈或公司新产品市场拓展不利,将对公司的经营业绩产生不利影响。
产品研发失败或产业化不及预期风险:公司的主营业务为FPGA、FPSoC芯片和专用EDA软件等产品的研发、设计和销售,为了适应一直在变化的市场需求,公司需要不断推出新产品并预研下一代产品,以确保自身的技术优势。
具体而言,公司要对未来的市场需求和自身的研发实力作出精准的把握与判断,同时与下游客户保持密切沟通,共同确定下一代产品的研发方向。虽然公司目前在研项目综合考虑了当今的客户需求和市场发展趋势,但由于项目的研发具有很强的不确定性,在产品研发过程中公司需要投入大量的人力及资金成本,如果公司对自身研发能力的判断错误,导致公司研发项目失败,或者如果未来公司开发的产品不能契合市场需求,也会对公司的市场之间的竞争力造成不利影响。