Рынок программируемых кремниевых чипов

Обзор рынка

По данным Reed Intelligence , среднегодовой темп роста рынка программируемых кремниевых чипов в прогнозируемый период составит примерно 12,5% .

Программируемый кремний — это разновидность интегральной схемы (ИС) или полупроводникового устройства, которое можно персонализировать или запрограммировать для выполнения определенных задач. Он позволяет настраивать и перенастраивать аппаратные функции после создания чипа, что обеспечивает большую гибкость и адаптивность.

Существует два основных типа программируемых кремниевых схем. Программируемые пользователем вентильные матрицы и сложные программируемые логические устройства. ПЛИС — это программируемые кремниевые устройства, состоящие из настраиваемых логических блоков (CLB) и программируемых межсоединений. Они очень адаптируемы, что позволяет пользователям изменять логические вентили и соединения между ними для создания уникальных цифровых схем. ПЛИС такие же, как и ПЛИС по размеру и возможностям, но меньше. Они похожи на ПЛИС и состоят из программируемых логических блоков и программируемых межсоединений, но больше подходят для более простых логических схем и проектов меньшего масштаба.

Они обеспечивают быстрое прототипирование и разработку специализированных цифровых схем без необходимости дорогостоящих и длительных изменений масок, необходимых в традиционных специализированных интегральных схемах (ASIC). Программируемый кремний минимизирует циклы проектирования и производства, что позволяет сократить время выхода на рынок. Он обеспечивает быстрые циклы проектирования и внесения изменений, что упрощает адаптацию к новым требованиям или исправление неисправностей. Программируемый кремний снижает потребность в специально созданных чипах для каждого приложения. Это более экономичный вариант для мелкосерийного и среднесерийного производства или когда окончательный дизайн может со временем измениться.

Динамика рынка

Драйверы рынка

• Растущий спрос на кастомизацию

Спрос на настройку поддерживает общий рост рынка программируемых кремниевых устройств. Поскольку отрасли хотят настраиваемых опций, которые удовлетворяют их индивидуальные потребности, программируемые кремниевые устройства, такие как ПЛИС и ASIC, обеспечивают гибкость и адаптивность, необходимые для настройки. Требования к настройке различаются в зависимости от бизнеса и приложений. Программируемые кремниевые устройства позволяют разработчикам создавать уникальные возможности, алгоритмы и интерфейсы, что делает их подходящими для различных приложений. Такие отрасли, как телекоммуникации, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, бытовая электроника и центры обработки данных, используют возможности настройки программируемых кремниевых устройств для удовлетворения конкретных потребностей, стимулируя спрос в этих отраслях. Это стимулирует спрос на рынок программируемых кремниевых устройств.

• Достижения в технологии ПЛИС

Технология FPGA постоянно меняется, что приводит к повышению производительности и увеличению емкости логических блоков и памяти. Достижения в архитектуре FPGA, технологии производства и инструментах проектирования позволили увеличить тактовую частоту, повысить энергоэффективность и увеличить плотность логики. Это позволяет создавать передовые проекты и высокопроизводительные приложения, увеличивая спрос на программируемые кремниевые решения на основе FPGA. Достижения в технологии FPGA позволяют напрямую интегрировать многочисленные функциональные блоки, включая высокоскоростные приемопередатчики, блоки DSP, встроенные процессоры и интерфейсы памяти, в структуру FPGA. Такая интеграция дает разработчикам широкий набор функций и повышенную гибкость для выполнения различных требований приложений. Таким образом, программируемые кремниевые решения на основе FPGA могут предоставлять специализированную функциональность, которая стимулирует рынок программируемых кремниевых устройств.

Ограничения рынка

• Высокие затраты

Высокая стоимость программируемых кремниевых устройств может помешать их внедрению в чувствительных к цене предприятиях или отраслях. Предприятиям с ограниченными финансами может быть сложно инвестировать в дорогостоящие программируемые кремниевые решения, особенно когда доступны более дешевые альтернативы. Это затрудняет выход новых фирм или людей в отрасль. Может пострадать прибыль производителей и разработчиков. Клиенты могут предпочесть стандартизированные решения или готовые интегральные схемы из-за высокой стоимости программируемого кремния. Это привело к его сосредоточению на специализированных рынках или приложениях, где преимущества модификации и настройки превышают соображения стоимости. Следовательно, высокая стоимость может стать препятствием для инвесторов к инвестированию в рынок программируемых кремний.

Объем рынка

Сегментный анализ

Сегментация по типу

• ПЛИС

FPGA — это программируемая вентильная матрица. Это программируемое кремниевое устройство с большой универсальностью и настраиваемостью для цифровой логики и электрических схем. После производства FPGA были разработаны с возможностью перепрограммирования, что позволяет пользователям изменять функциональность и поведение устройства в соответствии с конкретными потребностями приложения. Благодаря своей гибкости FPGA можно модифицировать или перепрограммировать для выполнения различных логических функций и схем. FPGA состоят из массива конфигурируемых логических блоков (CLB), которые связаны между собой программируемыми каналами маршрутизации. Пользователи обычно используют языки описания оборудования (HDL), такие как Verilog или VHDL, для программирования FPGA. FPGA подходят для различных приложений в различных отраслях, включая телекоммуникации, автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность и промышленную автоматизацию.

• CPLD

CPLD означает сложное программируемое логическое устройство. Программирование выполняется с помощью языков описания оборудования (HDL), таких как VHDL или Verilog, или с помощью специальных программных инструментов, предоставляемых производителем CPLD. CPLD предназначены для выполнения определенных задач в цифровой системе путем реализации цифровых логических операций. По сравнению с типичными логическими схемами с фиксированными функциями они обеспечивают большую гибкость, реконфигурируемость и более быстрое время выхода на рынок. CPLD потребляют меньше энергии, чем более крупные программируемые кремниевые устройства, такие как FPGA. Благодаря своему меньшему размеру и уменьшенной логической емкости они потребляют меньше энергии, что делает их подходящими для приложений с ограниченной мощностью или устройств с питанием от батареи. CPLD можно перепрограммировать многократно, что позволяет вносить изменения в конструкцию и проводить итерационные циклы разработки.

Сегментация по применению

• Аэрокосмическая промышленность и оборона

Высокоскоростные интерфейсы данных и специализированные алгоритмы связи могут быть реализованы с использованием ПЛИС и ASIC в спутниковой связи, радиолокационных системах и защищенных военных сетях. Системы авионики в самолетах требуют сильных навыков обработки. Системы управления полетом, дисплеи кабины, навигация и системы сбора данных используют программируемый кремний. ПЛИС и ASIC предоставляют информацию в реальном времени, интеграцию датчиков, преобразование протоколов и возможности управления, которые повышают безопасность, эффективность и осведомленность. ПЛИС и ASIC повышают производительность систем БПЛА за счет автономного управления полетом, слияния датчиков, обработки изображений в реальном времени и алгоритмов навигации. Они также позволяют реализовывать алгоритмы шифрования, безопасное хранение ключей и защищенные протоколы связи в аэрокосмической отрасли и определяют системы, которые обеспечивают безопасность конфиденциальных данных, что повышает кибербезопасность.

• Автомобильный

Слияние датчиков, обработка изображений, обработка радиолокационных сигналов и передача данных — все это функции передовых систем помощи водителю, которые опираются на программируемый кремний. ПЛИС и ASIC позволяют обрабатывать данные датчиков в реальном времени, повышая точность и отзывчивость функций ADAS, таких как адаптивный круиз-контроль, предотвращение столкновений, предупреждение о выходе из полосы движения и автоматическое экстренное торможение. Они упрощают интеграцию навигационных систем, подключение смартфонов, развлекательных сервисов и коммуникационных возможностей в транспортных средствах. Блок управления двигателем управляет и контролирует различные части работы двигателя и в значительной степени опирается на программируемый кремний. Впрыск топлива, синхронизация зажигания, управление выбросами и другие характеристики двигателя можно точно контролировать с помощью ПЛИС. Управление крутящим моментом, управление трансмиссией, управление двигателем в электромобилях, управление гибридной системой и управление энергией в энергосистемах становятся осуществимыми с помощью ПЛИС.

• Бытовая электроника

Программируемый кремний необходим в смартфонах и планшетах, поскольку он позволяет выполнять множество функций, таких как обработка сигналов, интерфейсы отображения, аудиокодеки, обработка изображений с камеры и интеграция датчиков. В игровых консолях программируемый кремний используется для управления сложным графическим рендерингом, обработкой звука и пользовательскими интерфейсами ввода/вывода. ПЛИС повышают производительность и обеспечивают более плавный игровой процесс. В телевизорах и телевизионных приставках программируемые кремниевые устройства используются для множества функций, включая обработку видео, потоковую передачу мультимедиа, настройку пользовательского интерфейса и сетевые возможности. Такие устройства, как умные часы, фитнес-трекеры и очки, которые используют программируемый кремний.

• Промышленный

Программируемый кремний обычно используется в телекоммуникационной инфраструктуре, такой как базовые станции, маршрутизаторы, коммутаторы и сетевые процессоры. ПЛИС предлагают гибкую и эффективную обработку данных, коммутацию пакетов, реализацию протоколов и обработку сигналов в сетях связи. Радиолокационные системы, авионика, спутниковая связь, системы радиоэлектронной борьбы, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и системы наведения ракет полагаются на программируемый кремний в аэрокосмической и военной промышленности. Автомобильная промышленность в значительной степени зависит от программируемого кремния, особенно в передовых системах помощи водителю (ADAS), информационно-развлекательных системах, подключении транспортных средств и блоках управления двигателем (ECU). Медицинские устройства, использующие программируемый кремний, включают ультразвуковые аппараты, системы визуализации, системы мониторинга пациентов и медицинские приборы. ПЛИС позволяют обрабатывать сигналы в реальном времени, анализировать изображения и собирать данные, что приводит к более точной и эффективной медицинской диагностике и лечению.

• Медицинский

Программируемый кремний обычно используется в медицинских системах визуализации, таких как сканеры компьютерной томографии (КТ), аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ), ультразвуковые устройства и рентгеновские системы. ПЛИС помогают в обработке изображений, ускоряя общий сбор и анализ данных и позволяя выполнять реконструкцию и визуализацию изображений в реальном времени. Разработка устройств телемедицины и удаленного мониторинга может стать возможной благодаря программируемому кремнию. Эти устройства могут собирать и отправлять данные пациента в реальном времени, такие как показатели жизнедеятельности, сигналы ЭКГ и уровни глюкозы в крови. Программируемый кремний используется для управления и оснащения медицинских устройств, таких как хирургические роботы, инфузионные насосы, эстетические машины и системы мониторинга пациентов. Программируемый кремний необходим для секвенирования генома, биоинформатики и индивидуального лечения. В медицинских исследованиях и создании прототипов программируемый кремний используется для быстрой разработки и тестирования новых медицинских устройств и алгоритмов.

• Коммуникации

Программируемый кремний важен в сетевых устройствах, включая маршрутизаторы, коммутаторы и сетевые интерфейсные карты. Системы беспроводной связи используют программируемый кремний, например, базовые станции, беспроводные точки доступа и беспроводные модемы. Благодаря включению алгоритмов модуляции/демодуляции, кодирования каналов и обработки сигналов, ПЛИС позволяют использовать беспроводные протоколы, такие как Wi-Fi, LTE, 5G и т. д. Системы DWDM, оптические коммутаторы и трансиверы имеют огромное применение программируемого кремния в оптических сетях. Программируемый кремний обычно используется в приложениях сетевой безопасности, таких как брандмауэры, системы обнаружения и предотвращения вторжений (IDPS) и шлюзы виртуальных частных сетей (VPN). В приложениях IoT программируемый кремний используется для подключения, связи и обработки данных.

Региональный анализ

Северная Америка

Ожидается, что программное обеспечение для медицинской визуализации в Северной Америке будет развиваться со среднегодовым темпом роста 8,5%. Отрасль здравоохранения нуждается в интеграции цифровых технологий, и у компаний есть огромный шанс выйти на рынок программируемых кремниевых чипов. Компании быстро автоматизируют свою инфраструктуру, чтобы снизить эксплуатационные расходы и повысить эффективность. Сердечные заболевания являются основной причиной смертности мужчин, женщин и людей большинства расовых и этнических групп в Соединенных Штатах. FDA Соединенных Штатов одобрило распространение программного обеспечения для помощи в получении снимков УЗИ сердца или эхокардиографии. Эти факторы стимулируют рынок программируемых кремниевых чипов, которые используются в медицинских устройствах визуализации, еще больше стимулируя отрасль.

Европа

Ожидается, что рынок беспроводного здравоохранения в Европе будет расти на 21,5% CAGR. В Европе одна из самых передовых отраслей здравоохранения в мире, и регион также является одним из первых, кто внедрил современные технологии, что стимулирует рост беспроводных медицинских услуг. Основным фактором, влияющим на рост рынка программируемых кремниевых чипов, является возросшая потребность в решениях для удаленного мониторинга пациентов из-за старения населения и хронических заболеваний. Сектор электронных гаджетов Германии значительно расширился за последние годы. Мобильные устройства занимают самую большую долю рынка электронных гаджетов в Германии, поскольку экосистема смартфонов продолжит расти и внедрять инновации в последующие годы. Программируемый кремниевый чип используется в этих устройствах. В результате спрос на эти товары в регионе стимулирует спрос на рынке программируемых кремниевых чипов.

Азиатско-Тихоокеанский регион

Оцифровка индийской экономики привела к тому, что Индия стала второй по величине цифровой клиентской базой в мире. Цифровая модель правительства для оцифровки индийской экономики преодолела барьеры между сельскими, городскими и развивающимися районами, устранив цифровой разрыв и доставив технологии даже в самые отдаленные районы страны. Рост популярности страхования гаджетов среди студентов для защиты своих устройств в различных ситуациях, а также возросший спрос на различные виды гаджетов среди широкой общественности стимулируют рост рынка программируемых кремниевых чипов. Кроме того, рост цифровизации в каждом секторе по всему миру поддерживает рост рынка. Ожидается, что рынок автомобильных герконовых переключателей/датчиков в Соединенном Королевстве будет расти со среднегодовым темпом роста 5%. Технологические прорывы в области технологий датчиков и переключателей привели к появлению современных, компактных и высоконадежных герконовых переключателей, которые стимулируют их использование в автомобильной промышленности. Это стимулирует спрос региона на программируемые кремниевые чипы.

Южная Америка

Ожидается, что рынок автомобильных электроприводов в Латинской Америке будет расти на 6,3% CAGR. Рост автоматизации и цифровизации в регионе стимулирует рынок автомобильных электроприводов. Рынок автомобильных электроприводов расширяется из-за возросшего спроса на топливную экономичность и комфорт, особенно в легковых автомобилях. В последние годы наблюдается общий рост автомобильных устройств из-за повышения осведомленности и покупательной способности в регионе, что увеличивает спрос в автомобильном секторе и на рынке программируемых кремниевых устройств в регионе.

Ключевые игроки

1. Barefoot Networks (Интер)
2. Решетка полупроводника
3. Xilinx
4. Бродком Инк.
5. Синопсис
6. Корпорация Microsemi
7. Luccent
8. Кипарис
9. Атмел
10. Quicklogic

Последние события

Апрель 2023 г.: Magna International была выбрана для разработки совершенно нового электрического внедорожника INEOS Automotive, производство которого должно начаться в Граце, Австрия. Magna также будет отвечать за общую разработку автомобиля.