Mercato del silicio programmabile

Panoramica del mercato

Secondo Reed Intelligence, il mercato del silicio programmabile crescerà a un CAGR del 12,5% circa durante il periodo di previsione.

Il silicio programmabile è una sorta di circuito integrato (IC) o dispositivo semiconduttore che può essere personalizzato o programmato per svolgere compiti specifici. Consente la personalizzazione e la riconfigurazione delle funzionalità hardware dopo la creazione del chip, il che conferisce maggiore flessibilità e adattabilità.

Esistono due tipi principali di silicio programmabile. Field-Programmable Gate Arrays e Complex Programmable Logic Devices. Gli FPGA sono dispositivi in silicio programmabili costituiti da blocchi logici personalizzabili (CLB) e interconnessioni programmabili. Sono molto adattabili, consentendo agli utenti di modificare le porte logiche e le connessioni tra di esse per creare circuiti digitali unici. I PLD sono uguali agli FPGA in termini di dimensioni e capacità, ma più piccoli. Sono simili agli FPGA e sono costituiti da blocchi logici programmabili e interconnessioni programmabili, ma sono più adatti per progetti logici più semplici e progetti su piccola scala.

Consentono una rapida prototipazione e sviluppo di circuiti digitali specializzati senza richiedere costosi e lunghi cambiamenti di maschera richiesti nei tradizionali circuiti integrati specifici per applicazione (ASIC). Il silicio programmabile riduce al minimo i cicli di progettazione e produzione, consentendo un time-to-market più rapido. Consente rapidi cicli di progettazione e cambiamenti, rendendo più semplice l'adattamento a nuovi requisiti o la correzione di guasti. Il silicio programmabile riduce la necessità di chip appositamente costruiti per ogni applicazione. È un'opzione più conveniente per la produzione di piccoli e medi volumi o quando il progetto finale potrebbe cambiare nel tempo.

Dinamiche di mercato

Fattori trainanti del mercato

• Crescente domanda di personalizzazione

La domanda di personalizzazione supporta la crescita complessiva del mercato del silicio programmabile. Poiché le industrie vogliono opzioni personalizzate che soddisfino le loro esigenze individuali, il silicio programmabile, come FPGA e ASIC, fornisce la flessibilità e l'adattabilità richieste per la personalizzazione. I requisiti di personalizzazione variano a seconda delle aziende e delle applicazioni. I dispositivi in silicio programmabili consentono ai progettisti di creare capacità, algoritmi e interfacce unici che li rendono adatti a varie applicazioni. Settori come telecomunicazioni, automotive, aerospaziale, elettronica di consumo e data center utilizzano le capacità di personalizzazione del silicio programmabile per soddisfare esigenze specifiche, stimolando la domanda in questi settori. Ciò stimola la domanda per il mercato del silicio programmabile.

• Progressi nella tecnologia FPGA

La tecnologia FPGA è in continua evoluzione, con conseguenti capacità di prestazioni migliorate e una maggiore capacità nelle unità logiche e nella memoria. I progressi nell'architettura FPGA, nella tecnologia di produzione e negli strumenti di progettazione hanno consentito maggiori velocità di clock, una migliore efficienza energetica e una maggiore densità logica. Ciò consente la creazione di progetti avanzati e applicazioni ad alte prestazioni, aumentando la domanda di soluzioni in silicio programmabili basate su FPGA. I progressi nella tecnologia FPGA consentono l'integrazione diretta di numerosi blocchi funzionali, tra cui transceiver ad alta velocità, unità DSP, processori embedded e interfacce di memoria, nel fabric FPGA. Questa integrazione offre ai progettisti un ampio set di funzionalità e una maggiore flessibilità per soddisfare vari requisiti applicativi. Pertanto, le soluzioni in silicio programmabili basate su FPGA possono fornire funzionalità specializzate che guidano il mercato del silicio programmabile.

Limitazioni di mercato

• Costi elevati

L'elevato costo dei dispositivi in silicio programmabili potrebbe ostacolarne l'adozione in aziende o settori sensibili al prezzo. Le aziende con finanze limitate potrebbero trovare difficile investire in costose soluzioni in silicio programmabili, soprattutto quando sono disponibili alternative più economiche. Ciò rende difficile per nuove aziende o persone entrare nel settore. I margini di profitto di produttori e sviluppatori potrebbero essere influenzati. I clienti potrebbero preferire soluzioni standardizzate o circuiti integrati standard a causa dell'elevato costo del silicio programmabile. Ciò ha portato alla sua attenzione su mercati o applicazioni specializzati in cui i vantaggi della modifica e della personalizzazione superano le considerazioni sui costi. Quindi l'elevato costo può essere la barriera per gli investitori che vogliono investire nel mercato del silicio programmabile.

Ambito di mercato

Analisi segmentale

Segmentazione per tipo

• FPGA

FPGA è Field-Programmable Gate Array. È un dispositivo al silicio programmabile con grande versatilità e configurabilità per circuiti elettrici e logici digitali. Dopo la produzione, gli FPGA sono stati sviluppati per essere riprogrammabili, consentendo agli utenti di modificare la funzionalità e il comportamento del dispositivo per soddisfare specifiche esigenze applicative. Grazie alla loro flessibilità, gli FPGA possono essere modificati o riprogrammati per eseguire varie funzioni logiche e circuiti. Gli FPGA sono costituiti da una matrice di blocchi logici configurabili (CLB) che sono collegati tra loro da canali di routing programmabili. Gli utenti utilizzano comunemente linguaggi di descrizione hardware (HDL) come Verilog o VHDL per programmare un FPGA. Gli FPGA sono adatti per varie applicazioni in vari settori, tra cui telecomunicazioni, automotive, aerospaziale e automazione industriale.

• CPLD

CPLD sta per Complex Programmable Logic Device. La programmazione viene eseguita con linguaggi di descrizione hardware (HDL) come VHDL o Verilog o con strumenti software specialistici forniti dal produttore del CPLD. I CPLD sono progettati per eseguire determinati lavori all'interno di un sistema digitale implementando operazioni logiche digitali. Rispetto ai tipici circuiti logici a funzione fissa, consentono maggiore flessibilità, riconfigurabilità e tempi di commercializzazione più rapidi. I CPLD utilizzano meno energia rispetto ai dispositivi in silicio programmabili più grandi come gli FPGA. Grazie alle dimensioni più piccole e alla ridotta capacità logica, consumano meno energia, il che li rende adatti per applicazioni con ambienti con vincoli di potenza o dispositivi alimentati a batteria. I CPLD possono essere riprogrammati ripetutamente, consentendo modifiche di progettazione e cicli di sviluppo iterativi.

Segmentazione per applicazione

• Aerospaziale e difesa

Le interfacce dati ad alta velocità e gli algoritmi di comunicazione specializzati possono essere implementati utilizzando FPGA e ASIC nelle comunicazioni satellitari, nei sistemi radar e nelle reti militari sicure. I sistemi avionici negli aeromobili richiedono capacità di elaborazione elevate. I sistemi di controllo del volo, i display della cabina di pilotaggio, i sistemi di navigazione e di raccolta dati utilizzano silicio programmabile. FPGA e ASIC forniscono informazioni in tempo reale, integrazione dei sensori, conversione di protocollo e capacità di controllo, che migliorano sicurezza, efficienza e consapevolezza. FPGA e ASIC migliorano le prestazioni dei sistemi UAV tramite controllo del volo autonomo, fusione dei sensori, elaborazione delle immagini in tempo reale e algoritmi di navigazione. Consentono inoltre l'implementazione di algoritmi di crittografia, archiviazione sicura delle chiavi e protocolli di comunicazione sicuri nell'aerospazio e definiscono sistemi che garantiscono la sicurezza dei dati sensibili, migliorando la sicurezza informatica.

• Automobilistico

La fusione dei sensori, l'elaborazione delle immagini, l'elaborazione del segnale radar e il trasferimento dei dati sono tutte funzioni della tecnologia dei sistemi avanzati di assistenza alla guida che si basano sul silicio programmabile. FPGA e ASIC consentono l'elaborazione dei dati dei sensori in tempo reale, migliorando l'accuratezza e la reattività delle funzionalità ADAS come il cruise control adattivo, l'evitamento delle collisioni, l'avviso di abbandono della corsia e la frenata automatica di emergenza. Semplificano l'integrazione dei sistemi di navigazione, la connettività degli smartphone, i servizi di intrattenimento e le capacità di comunicazione nei veicoli. L'unità di controllo del motore gestisce e controlla diverse parti del funzionamento del motore e si basa in gran parte sul silicio programmabile. L'iniezione di carburante, la fasatura dell'accensione, la gestione delle emissioni e altre caratteristiche del motore possono essere controllate con precisione utilizzando FPGA. La gestione della coppia, il controllo della trasmissione, il controllo del motore nei veicoli elettrici, il controllo del sistema ibrido e la gestione dell'energia nei sistemi di alimentazione sono resi possibili dagli FPGA.

• Elettronica di consumo

Il silicio programmabile è essenziale negli smartphone e nei tablet perché consente una varietà di funzioni come elaborazione del segnale, interfacce di visualizzazione, codec audio, elaborazione delle immagini della fotocamera e integrazione dei sensori. Nelle console di gioco, il silicio programmabile viene utilizzato per controllare il rendering grafico complicato, l'elaborazione audio e le interfacce di input/output utente. Gli FPGA migliorano le prestazioni e forniscono un'esperienza di gioco più fluida. Nei televisori e nei decoder, i dispositivi in silicio programmabile vengono utilizzati per una varietà di funzioni, tra cui elaborazione video, streaming multimediale, personalizzazione dell'interfaccia utente e possibilità di rete. Dispositivi come smartwatch, fitness tracker e occhiali che utilizzano silicio programmabile.

• Industriale

Il silicio programmabile è comunemente utilizzato nelle infrastrutture di telecomunicazioni, come stazioni base, router, switch e unità di elaborazione di rete. Gli FPGA offrono elaborazione dati flessibile ed efficiente, commutazione di pacchetti, implementazione di protocolli ed elaborazione del segnale nelle reti di comunicazione. Sistemi radar, avionica, comunicazioni satellitari, sistemi di guerra elettronica, veicoli aerei senza equipaggio (UAV) e sistemi di guida missilistica si basano sul silicio programmabile nei settori aerospaziale e militare. L'industria automobilistica dipende in larga parte dal silicio programmabile, in particolare nei sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS), nei sistemi di infotainment, nella connessione dei veicoli e nelle unità di controllo del motore (ECU). I dispositivi medici che utilizzano il silicio programmabile includono macchine a ultrasuoni, sistemi di imaging, sistemi di monitoraggio dei pazienti e strumentazione medica. Gli FPGA consentono l'elaborazione del segnale in tempo reale, l'analisi delle immagini e la raccolta dei dati, con conseguenti diagnosi e trattamenti medici più accurati ed efficienti.

• Medico

Il silicio programmabile è comunemente utilizzato nei sistemi di imaging medico come scanner per tomografia computerizzata (TC), macchine per risonanza magnetica (RM), dispositivi a ultrasuoni e sistemi a raggi X. Gli FPGA aiutano nell'elaborazione delle immagini accelerando l'acquisizione e l'analisi dei dati complessivi e consentendo la ricostruzione e la visualizzazione delle immagini in tempo reale. Lo sviluppo di dispositivi di telemedicina e monitoraggio remoto può essere reso possibile dal silicio programmabile. Questi dispositivi possono raccogliere e inviare dati dei pazienti in tempo reale, come segni vitali, segnali ECG e livelli di glucosio nel sangue. Il silicio programmabile è utilizzato per controllare e strumentare dispositivi medici come robot chirurgici, pompe di infusione, macchine estetiche e sistemi di monitoraggio dei pazienti. Il silicio programmabile è essenziale nel sequenziamento del genoma, nella bioinformatica e nel trattamento personalizzato. Nella ricerca medica e nella prototipazione, il silicio programmabile è utilizzato per sviluppare e testare rapidamente nuovi dispositivi e algoritmi medici.

• Comunicazioni

Il silicio programmabile è importante nei dispositivi di rete, tra cui router, switch e schede di interfaccia di rete. I sistemi di comunicazione wireless utilizzano silicio programmabile, come stazioni base, punti di accesso wireless e modem wireless. Incorporando algoritmi di modulazione/demodulazione, codifica di canale ed elaborazione del segnale, gli FPGA abilitano protocolli wireless come Wi-Fi, LTE, 5G e oltre. I sistemi DWDM, gli switch ottici e i transceiver hanno enormi applicazioni dal silicio programmabile nelle reti ottiche. Il silicio programmabile è comunemente utilizzato in applicazioni di sicurezza di rete come firewall, sistemi di rilevamento e prevenzione delle intrusioni (IDPS) e gateway di reti private virtuali (VPN). Nelle applicazioni IoT, il silicio programmabile è utilizzato per connettività, comunicazione ed elaborazione dei dati.

Analisi regionale

America del Nord

Si prevede che il software di imaging medico in Nord America si svilupperà a un CAGR dell'8,5%. Il settore sanitario ha bisogno dell'integrazione della tecnologia digitale e le aziende hanno una grande possibilità di entrare nel mercato del silicio programmabile. Le aziende stanno rapidamente automatizzando la loro infrastruttura per ridurre i costi operativi e migliorare l'efficienza. Le malattie cardiache sono la causa principale di mortalità per uomini, donne e persone della maggior parte dei gruppi razziali ed etnici negli Stati Uniti. La FDA degli Stati Uniti ha approvato la distribuzione di software per aiutare nell'acquisizione di immagini ecografiche cardiache o ecocardiografiche. Questi fattori guidano il mercato del silicio programmabile, che viene utilizzato nei dispositivi di imaging medico, guidando ulteriormente il settore.

Europa

Si prevede che il mercato sanitario wireless in Europa crescerà a un CAGR del 21,5%. L'Europa ha uno dei settori sanitari più avanzati al mondo e la regione è anche una delle prime ad adottare la tecnologia moderna, guidando l'ascesa dei servizi sanitari wireless. Il fattore principale che influenza la crescita del mercato del silicio programmabile è la crescente necessità di soluzioni di monitoraggio remoto dei pazienti a causa dell'invecchiamento della popolazione e delle condizioni mediche croniche a lungo termine. Il settore dei gadget elettronici in Germania si è espanso in modo significativo negli ultimi anni. I dispositivi mobili hanno la quota di mercato più grande nel mercato dei gadget elettronici in Germania, poiché l'ecosistema degli smartphone continua a crescere e innovare negli anni a venire. Il chip di silicio programmabile si trova in questi dispositivi. Di conseguenza, la domanda di questi beni nella regione guida la domanda del mercato del silicio programmabile.

Asia Pacifico

La digitalizzazione dell'economia indiana ha portato l'India ad avere la seconda più grande base di clienti digitali al mondo. Il modello digitale del governo per la digitalizzazione dell'economia indiana ha superato le barriere tra aree rurali, urbane ed emergenti, colmando il divario digitale e fornendo tecnologia anche alle zone più remote del paese. La crescente accettazione dell'assicurazione sui gadget tra gli studenti per proteggere i loro dispositivi da varie situazioni, così come la crescente domanda di varie forme di gadget tra il pubblico in generale, guidano la crescita del mercato del silicio programmabile. Inoltre, la crescente digitalizzazione in ogni settore in tutto il mondo supporta la crescita del mercato. Si prevede che il mercato degli interruttori/sensori reed per autoveicoli nel Regno Unito crescerà a un CAGR del 5%. Le innovazioni tecnologiche nella tecnologia dei sensori e degli interruttori hanno portato a interruttori reed avanzati, compatti e altamente affidabili, che stanno guidando il loro utilizzo nel settore automobilistico. Ciò guida la domanda della regione di chip in silicio programmabili.

Sud America

Si prevede che il mercato latinoamericano degli attuatori elettrici per autoveicoli crescerà a un CAGR del 6,3%. L'automazione e la digitalizzazione crescenti nella regione stanno guidando il mercato degli attuatori elettrici per autoveicoli. Il mercato degli attuatori elettrici per autoveicoli si sta espandendo a causa della maggiore efficienza del carburante e della domanda di comfort, in particolare nei veicoli passeggeri. Negli ultimi anni si è registrato un aumento generale dei dispositivi per autoveicoli a causa della maggiore consapevolezza e capacità di acquisto nella regione, che aumenta la domanda nel settore automobilistico e nel mercato del silicio programmabile nella regione.

Giocatori chiave

1. Reti a piedi nudi (Inter)
2. Semiconduttore reticolare
3. Xilinx
4. Broadcom Inc
5. Sinossi
6. Società Microsemi
7. Lucente
8. Cipresso
9. Atmel
10. Logica rapida

Sviluppi recenti

Aprile 2023: Magna International è stata selezionata per sviluppare il nuovissimo SUV elettrico di INEOS Automotive, la cui produzione dovrebbe iniziare a Graz, in Austria. Magna sarà anche responsabile dell'ingegneria complessiva del veicolo.