集成電路是采用特定的制造工藝，將晶體管、電容、電阻和電感等元件以及布線互連，制作在若干塊半導(dǎo)體晶片或者介質(zhì)基片上，進(jìn)而封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，變成具有某種電路功能的微型電子器件。集成電路產(chǎn)業(yè)既是當(dāng)前國(guó)際政治和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的重要砝碼，也是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最激烈以及全球資源流動(dòng)和配置最徹底的產(chǎn)業(yè)。

據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自2017年起全球半導(dǎo)體銷售規(guī)模已經(jīng)連續(xù)四年超過4000億美元。據(jù)IC Insight統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模為1434億美元，約合9894.6億人民幣（以2020年美元兌人民幣平均匯率6.90計(jì)算），市場(chǎng)規(guī)模逼近萬億。

我國(guó)芯片制造的產(chǎn)值也有了一定的提升，但這一產(chǎn)值數(shù)據(jù)包含外國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣公司在中國(guó)大陸投資的制造廠貢獻(xiàn)的產(chǎn)值，僅僅中國(guó)大陸的公司2020年芯片制造產(chǎn)值僅為83億美元，相比千億美元的市場(chǎng)規(guī)模，大陸芯片企業(yè)制造的產(chǎn)品僅滿足了內(nèi)需的5.8%。

在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，知識(shí)產(chǎn)權(quán)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，中高端芯片幾乎被海外廠商壟斷，中國(guó)企業(yè)在全球集成電路產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期處于中低端領(lǐng)域，邏輯、存儲(chǔ)等高端芯片仍以進(jìn)口為主。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)，2019年我國(guó)芯片自給率僅為30%左右，提升高端芯片國(guó)產(chǎn)化率，實(shí)現(xiàn)高端芯片設(shè)計(jì)制造的國(guó)產(chǎn)化替代將是中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)下一階段的重要奮斗目標(biāo)。

邏輯芯片發(fā)展概況

邏輯芯片另外一個(gè)名字叫“可編程邏輯器件”（英語：Programmable Logic Device，縮寫為PLD）是一種電子零件、電子組件，簡(jiǎn)而言之也是一種集成電路、芯片。PLD芯片屬于數(shù)字類型的電路芯片，而非模擬或混合信號(hào)（同時(shí)具有數(shù)字電路與模擬電路）芯片。

　　PLD與一般數(shù)字芯片不同的是：PLD內(nèi)部的數(shù)字電路可以在出廠后再進(jìn)行規(guī)劃決定，有些類型的PLD也允許在規(guī)劃決定后再次進(jìn)行變更、改變，而一般數(shù)字芯片在出廠前就已經(jīng)決定其內(nèi)部電路，無法在出廠后再次改變，事實(shí)上與一般的模擬芯片、混合信號(hào)芯片一樣，在出廠后就無法再對(duì)其內(nèi)部電路進(jìn)行調(diào)修。

　　邏輯芯片是一個(gè)大分類，子分類還有像74系列邏輯芯片、編解碼芯片、4000系列邏輯芯片、時(shí)基集成、CPLD/FPGA等等之類的。

　　邏輯芯片總伴著邏輯電路，基本上是由與門、或門和非門電路組合而成的。與門電路用于“幾個(gè)輸入條件同時(shí)存在才有結(jié)果，否則就無結(jié)果”的判斷；或門電路用于“幾個(gè)輸入條件只要有一個(gè)存在就有結(jié)果，都不存在就無結(jié)果”的判斷；非門電路用于“輸入條件存在就無結(jié)果，輸入條件不存在就有結(jié)果”的判斷。這些判斷和處理組合起來，就可以處理非常復(fù)雜的控制和運(yùn)算問題。

除了中大規(guī)模的集成電路之外，小規(guī)模的寄存器、鎖相器等邏輯器件也占有一部分市場(chǎng)，邏輯芯片在全世界范圍內(nèi)都有廣闊的需求，2019年占整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的市場(chǎng)份額超過1/4，占集成電路全部市場(chǎng)份額近1/3。

國(guó)內(nèi)邏輯芯片發(fā)展速度較為緩慢，除了在移動(dòng)端CPU領(lǐng)域有一定的突破，其它領(lǐng)域的發(fā)展都與世界頂級(jí)公司之間存在很大的差距。其次，我國(guó)的研發(fā)大多局限在應(yīng)用端，涉及底層架構(gòu)、顛覆性創(chuàng)新的成果較少。

從一級(jí)市場(chǎng)來看，近兩年邏輯芯片是投資機(jī)構(gòu)追捧的熱點(diǎn)，業(yè)內(nèi)公司2020年至今共獲得12輪次B輪以后輪次的融資，總?cè)谫Y額超過120億元人民幣。

1、CPU芯片

CPU的中文名稱是中央處理器，是負(fù)責(zé)信息處理、程序運(yùn)行的執(zhí)行元件，按照架構(gòu)和性能的不同被廣泛應(yīng)用在個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電子設(shè)備、游戲機(jī)、路由器、激光打印機(jī)等設(shè)備上。目前，部分機(jī)構(gòu)將CPU、GPU等擁有信息處理功能的邏輯芯片歸入處理器，但本文則歸為邏輯芯片類。

 CPU指令集是CPU中計(jì)算和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有指令的集合。目前CPU可以分為復(fù)雜指令集（CISC）、簡(jiǎn)單指令集（RISC）兩大類。

復(fù)雜指令集主要為X86架構(gòu)，簡(jiǎn)單指令集又可以細(xì)分為Arm、MIPS、RISC-V、Power-PC、Alpha架構(gòu)，其中生態(tài)較為完善的是Arm架構(gòu)，基本占據(jù)簡(jiǎn)單指令集9成的市場(chǎng)。

我國(guó)廠商在底層架構(gòu)指令集和IP的設(shè)計(jì)上比較落后，因此多采用IP授權(quán)或指令集授權(quán)的方式開發(fā)CPU。

近年來，基于Arm架構(gòu)和RISC-V開源架構(gòu)設(shè)計(jì)的CPU越來越多，生態(tài)逐漸豐富，也為國(guó)內(nèi)企業(yè)提供了許多機(jī)會(huì)，但由于近年來大火的人工智能行業(yè)使用GPU或?qū)Ｓ眯酒�進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)運(yùn)算，資本的視線沒有聚焦在CPU設(shè)計(jì)企業(yè)上，近兩年內(nèi)沒有CPU設(shè)計(jì)企業(yè)獲得B輪以上的融資。

2、GPU芯片

GPU最初的應(yīng)用是處理圖形數(shù)據(jù)，與CPU相比，其并行處理的能力更加強(qiáng)大。在個(gè)人計(jì)算機(jī)中，CPU、GPU的主板往往決定產(chǎn)品的性能。數(shù)據(jù)顯示，在過去的2020年Q4，個(gè)人計(jì)算機(jī)GPU市場(chǎng)占有率呈現(xiàn)Intel一騎絕塵的現(xiàn)象，份額由上一季度的62%提升到69%，AMD、Nvidia瓜分剩下的市場(chǎng)，份額分別是17%和15%。這一領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)還沒有企業(yè)能夠切分這塊規(guī)模可觀的蛋糕。

全球排名前在時(shí)下熱門的人工智能行業(yè)，以Nvidia等公司推出的通用GPU為核心搭建深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練平臺(tái)是業(yè)內(nèi)主流，由于GPU是一款通用芯片，同時(shí)被個(gè)人消費(fèi)者和企業(yè)消費(fèi)者以多種目的采買，2020年至今，市場(chǎng)上Nvidia推出的幾款高端GPU芯片出現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的缺貨和價(jià)格暴漲現(xiàn)象。

目前，全球前三大GPU公司分別是Nvidia、AMD、Intel，長(zhǎng)期占領(lǐng)AI商用計(jì)算和民用市場(chǎng)的絕大部分市場(chǎng)份額，為多家公司提供GPU IP；相比之下，截至2021年3月，國(guó)內(nèi)GPU相關(guān)的企業(yè)或機(jī)構(gòu)只有18家，其中上市公司3家，且部分公司至今沒有產(chǎn)品面世。

從區(qū)域分布來看，我國(guó)GPU企業(yè)主要分布在上海，而上海的GPU設(shè)計(jì)企業(yè)幾乎都位于張江高科技園區(qū)；3家上市公司分別為景嘉微、航錦科技和中船重工，其中兩家的GPU設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，中船重工709所位于武漢、716所位于連云港。

總體上，GPU設(shè)計(jì)企業(yè)的分布集中于長(zhǎng)江中下游，長(zhǎng)沙市布局較早，產(chǎn)業(yè)自我造血能力基本實(shí)現(xiàn)；上海聚集了最多的新設(shè)計(jì)企業(yè)，全部為獨(dú)角獸企業(yè)，資本活躍度較高。國(guó)內(nèi)代表性的優(yōu)質(zhì)上市公司以及在2020年一級(jí)市場(chǎng)完成B輪之后融資且專利、產(chǎn)品有較大突破的企業(yè)。

3、FPGA

FPGA的中文名稱是現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列，是一種可以對(duì)電路功能進(jìn)行編程定義的半定制電路。由于其可以無限次編程的特點(diǎn)，F(xiàn)PGA具有開發(fā)時(shí)間短、延遲低、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在視頻圖像處理、通信、數(shù)字系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換、嵌入式系統(tǒng)等行業(yè)。

由于FPGA的可編程性，其在人工智能行業(yè)也有一定的應(yīng)用，雖然單塊FPGA的計(jì)算能力沒有GPU強(qiáng)大，但設(shè)計(jì)者可以很方便地將通用結(jié)構(gòu)的FPGA芯片構(gòu)造成一個(gè)規(guī)模宏大的并行的計(jì)算結(jié)構(gòu)，滿足應(yīng)用需求。

MRFR預(yù)計(jì)2025年全球FPGA市場(chǎng)規(guī)模達(dá)125.21億美元，相較于CPU、GPU千億美元的市場(chǎng)規(guī)模來說顯得微不足道，但2019-2025年實(shí)現(xiàn)10.43%的復(fù)合增速，增長(zhǎng)顯著且穩(wěn)健。

據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模為176億元，預(yù)計(jì)到2023年中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模將接近460億元，增長(zhǎng)遠(yuǎn)高于世界水平。

從供應(yīng)廠商角度看，全球市場(chǎng)主要被美國(guó)Xilinx、Intel兩家企業(yè)壟斷，市占率分別為49%和34%；國(guó)內(nèi)FPGA市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)率低于1%。在先進(jìn)FPGA芯片領(lǐng)域，我國(guó)企業(yè)的產(chǎn)品與美國(guó)企業(yè)的產(chǎn)品還存在代差。

4、用于人工智能的邏輯芯片

除了前文介紹的CPU、GPU和FPGA之外，目前國(guó)內(nèi)最受一級(jí)資本市場(chǎng)關(guān)注的當(dāng)屬人工智能芯片企業(yè)。隨著人工智能技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用愈發(fā)多元化，AI芯片的使用有逐漸向著專用芯片面向應(yīng)用端，通用芯片組建算力云平臺(tái)的趨勢(shì)發(fā)展。

目前常見的AI芯片一般可以分為復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）、可編程邏輯器件（FPGA）、圖形處理器（GPU）。被廣泛提起的ASIC芯片，中文為“專用集成電路”，通常主要是以CPLD或FPGA進(jìn)行流片形成固定功能的芯片，本文不專門區(qū)分ASIC和CPLD概念。

按照任務(wù)劃分，AI芯片可以分為訓(xùn)練芯片和推理芯片，訓(xùn)練芯片用于完成深度學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)量的運(yùn)算，對(duì)芯片的算力、精度和通用性要求較高；推理芯片進(jìn)行的是對(duì)成熟模型算法的一種執(zhí)行，不需要進(jìn)行大量的運(yùn)算和過高的精度，對(duì)能耗成本等大規(guī)模應(yīng)用層面的考量更多。

目前業(yè)內(nèi)比較常用的訓(xùn)練芯片是CPU或GPU或FPGA等協(xié)同的異構(gòu)運(yùn)算組合，我國(guó)企業(yè)在這三種芯片的設(shè)計(jì)水平都與行業(yè)前列有著較大的差距，目前只有華為海思、寒武紀(jì)、天數(shù)智芯、燧原科技等企業(yè)在云端推理芯片有產(chǎn)品推出，涵蓋ASIC、GPGPU等多種產(chǎn)品。

ASIC芯

由于起步時(shí)間較晚，我國(guó)在GPU和FPGA領(lǐng)域都處于追趕行業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，因此發(fā)展用途相對(duì)單一、開發(fā)難度較小的ASIC芯片，把計(jì)算單一化，在一個(gè)方向上專精可以使我們?cè)谌斯ぶ悄苡?jì)算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展。

2019年至今，AI專用芯片備受資本熱捧，本文梳理了2020年發(fā)展較為成熟的業(yè)內(nèi)公司。ASIC行業(yè)賽道已經(jīng)擁有一家上市公司，多家企業(yè)融資輪次已達(dá)B、C輪之后，企業(yè)產(chǎn)品及模式日趨成熟。