Marktbericht für FPGAs (Field Programmable Gate Arrays): Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Konfiguration (Low-End-FPGA, Mid-Range-FPGA, High-End-FPGA), Technologie (SRAM-basierte FPGA, Anti-Fuse-basierte FPGA, Flash-basierte FPGA, Sonstige), Strukturgröße (≤16 nm, 20–90 nm, >90 nm), Endverbraucherbranche (IT und Telekommunikation, Unterhaltungselektronik, Automobilindustrie, Industrie, Militär und Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation, Gesundheitswesen, Sonstige) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika). Prognosen für 2025–2033.

Wachstumsfaktoren

Steigende Nachfrage nach IoT

Aufgrund des kontinuierlichen Betriebs mehrerer Sensoren, darunter Feuchtigkeits- und Temperatursensoren, ist die Parallelverarbeitung ein grundlegender Vorteil von FPGAs. FPGAs sind im IoT-Bereich typischerweise energieeffizienter, da keine Zeit für Schleifen und Wartezeiten benötigt wird. Laut der Studie „State of the IoT“ hat die Anzahl der IoT-Geräte erstmals die Anzahl der Geräte ohne IoT-Anschluss übertroffen. Ende 2020 waren 11,7 Milliarden Geräte (54 % der 21,7 Milliarden vernetzten Geräte) IoT-Geräte. Diese Zahl wird voraussichtlich bis 2025 auf über 30 Milliarden steigen, was durchschnittlich etwa vier IoT-Geräten pro Person entspricht.

Darüber hinaus wird erwartet, dass die Nachfrage nach Chips für die Herstellung von IoT-Geräten im Prognosezeitraum mit dem starken Anstieg der IoT-Geräteanzahl zunehmen wird. FPGA-Boards können in der IoT-Infrastruktur als Big-Data-Beschleuniger dienen und somit Parallelverarbeitung ermöglichen. Dies unterstreicht die Bedeutung einer hybriden Cloud-Implementierung, bei der die öffentliche Cloud Reporting, Speicherung und Präsentation übernimmt. Eine private, FPGA-basierte Cloud-Implementierung führt Echtzeitanalysen durch. Solche Faktoren treiben das Marktwachstum an.

Zunehmende Implementierung in verschiedenen Endnutzerbranchen

Der Markt dürfte aufgrund der weitverbreiteten Verwendung von SRAM-basierten FPGA-Bausteinen in Unterhaltungselektronik, drahtlosen Kommunikationssystemen sowie militärischen und Luft- und Raumfahrtanwendungen rasant wachsen. Zahlreiche Branchen, darunter Telekommunikation, Automobilindustrie, Unterhaltungselektronik, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Gesundheitswesen und Transportwesen, können von FPGAs profitieren. Darüber hinaus bietet der zunehmende Einsatz von FPGAs in diesen Sektoren Marktteilnehmern potenzielle Expansionsmöglichkeiten. Dies treibt das Wachstum des globalen FPGA-Marktes an.

Hemmende Faktoren

Hoher Stromverbrauch im Vergleich zu ASICs

Der Stromverbrauch spielt im heutigen Markt eine wichtige Rolle bei den Entscheidungen von Entwicklern. Dies liegt unter anderem daran, dass der Stromverbrauch erhebliche Systemkosten verursacht. Da ASICs für einen bestimmten Zweck bzw. eine bestimmte Anwendung konzipiert sind, bieten sie im Vergleich zu FPGAs eine höhere Geschwindigkeit und damit eine bessere Performance. Darüber hinaus sind ASICs deutlich energieeffizienter als FPGAs, da sie den Stromverbrauch besser steuern und optimieren können, insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten. FPGAs benötigen für vergleichbare Funktionen mehr Strom als ASICs.

Die Nachfrage nach tragbaren Geräten ist in den letzten Jahren rasant gestiegen. Die Entwicklung vielfältiger Echtzeitfunktionen in diesen Geräten erfordert die Integration von Millionen von Schaltkreisen auf einem einzigen Chip. Auch die Geschwindigkeit spielt bei diesen Designs eine entscheidende Rolle. Mixed-Signal-ASIC-Chiparchitekturen und stromsparende Transistoren wie FinFETs gewinnen daher zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus konzentrieren sich Technologiekonzerne auf die Entwicklung energieeffizienter Chips für …RechenzentrenDiese Entwicklungen stellen Herausforderungen und Einschränkungen für die Weiterentwicklung des FPGA-Marktes dar.

Marktchancen

Wachstumspotenzial im asiatisch-pazifischen Raum

Der FPGA-Markt wächst am schnellsten im asiatisch-pazifischen Raum. Es wird erwartet, dass Länder wie China, Japan und Indien den globalen FPGA-Markt dominieren werden. Die Anzahl der im asiatisch-pazifischen FPGA-Markt aktiven Hersteller steigt. Diese Unternehmen nutzen die Chance, ihre Umsätze durch Wertschöpfung zu steigern. Darüber hinaus bieten sich aufgrund der technologischen Entwicklung und der steigenden Nachfrage nach FPGAs seitens der Kunden in diesen Ländern enorme Potenziale für Produkthersteller.

Die Hersteller auf dem globalen FPGA-Markt konzentrieren sich verstärkt auf die Entwicklung hochwertiger Produkte, um den Bedarf der Luft- und Raumfahrt- sowie der Rüstungsindustrie zu decken. Der wachsende IT- und Telekommunikationssektor und die steigende Anzahl von Rechenzentren in China und Indien eröffnen dabei günstige Chancen. Die Nachfrage nach FPGAs, die den weltweiten FPGA-Markt antreibt, dürfte durch ein etabliertes Lieferkettenmanagement im asiatisch-pazifischen Raum zusätzlich beflügelt werden. Diese Faktoren werden voraussichtlich zu einer Marktexpansion beitragen.

Regionalanalyse

Der asiatisch-pazifische Raum ist mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 8,5 % die dominierende Region.

Der asiatisch-pazifische Raum ist der bedeutendste Marktteilnehmer im globalen Markt für FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 8,5 % verzeichnen. Das Wachstum des asiatisch-pazifischen Marktes ist auf die Präsenz wichtiger Länder wie China, Japan, Indien und Südkorea zurückzuführen. China ist der größte Umsatzträger in der Region. China ebnet den Weg für die Expansion des FPGA-Marktes, da die Nachfrage des Landes aufgrund seiner führenden Position in der globalen Unterhaltungselektronikindustrie stetig wächst. Darüber hinaus ist China das größte Produktionszentrum der Welt und produziert 36 % der weltweiten Elektronik, darunter Smartphones, Computer, Cloud-Server und Telekommunikationsinfrastruktur. Damit ist das Land der wichtigste Knotenpunkt in der globalen Elektroniklieferkette. Die zunehmende Bedeutung künstlicher Intelligenz (KI) in China hat neue Wachstumschancen für den chinesischen Markt für Unterhaltungselektronik geschaffen. Im nächsten Jahrzehnt werden Smart Homes und das Internet der Dinge (IoT) zweifellos ein bedeutendes Entwicklungspotenzial für FPGA-Hersteller darstellen.

Nordamerika ist die am schnellsten wachsende Region

Für Nordamerika wird im Prognosezeitraum ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 7,3 % erwartet. Künstliche Intelligenz,QuantencomputerVerbesserte drahtlose Netzwerke treiben die Halbleiterindustrie voran, wovon amerikanische Unternehmen profitieren werden. Das Wachstum von Smart Cities, die Halbleiter nutzen, um Standort-, Richtungs- und Geschwindigkeitsdaten von Smartphones zu erfassen und so Ampeln zu koordinieren und den Verkehrsfluss zu steuern, erhöht die Nachfrage nach FPGAs in Nordamerika. In Smart Cities ist mit einer enormen Menge an hochauflösenden Fotos, Videos und Daten zu rechnen. Diese Daten müssen erfasst und verarbeitet werden, weshalb FPGA-basierte Smart Cities immer häufiger zum Einsatz kommen. Darüber hinaus werden FPGAs intensiv in den Bereichen IoT-Sicherheit, Bildverarbeitung und Schnittstellen zu anderen IoT-Geräten erforscht. Fahrzeuge könnten zukünftig, mit zunehmender Autonomie, mit Ampelkameras kommunizieren und so Baustellen und andere Hindernisse erkennen; daher ist 5G unerlässlich. Die 5G-Technologie ist derzeit der umkämpfteste Bereich der Kommunikationstechnologie, weshalb der FPGA-Markt in Nordamerika rasant wächst.

Der europäische Markt ist in wichtige Regionen wie Deutschland, Frankreich, Großbritannien und das übrige Europa unterteilt. Deutschland dürfte aufgrund seiner florierenden Rechenzentrumsbranche, kontinuierlicher Investitionen und staatlicher Förderprogramme ein signifikantes Marktwachstum im FPGA-Markt verzeichnen. Die deutlich gestiegenen Investitionen von Colocation-Anbietern im europäischen Colocation-Markt treiben das Wachstum der Rechenzentren in Deutschland an. Darüber hinaus wächst der deutsche Rechenzentrumsmarkt aufgrund der zahlreichen Cloud-Service-Anbieter und des IT-Sektors. Rechenzentren nutzen FPGAs in großem Umfang, um parallele Programmierbarkeit zu ermöglichen, die ein Prozessor nicht erreichen kann (ein Kunde nennt dies „Programmierbarkeit in Hardware-Geschwindigkeit“). Diese FPGAs werden mit dedizierten Funktions-ICs wie Netzwerk-Chips (NICs) und Netzwerk-Switch-Chips kombiniert. Die genannten Faktoren beflügeln somit das Marktwachstum in dieser Region.

In Lateinamerika werden IoT-Lösungen voraussichtlich in den Bereichen Energie, Gesundheitswesen und Transport Anwendung finden. Sie sollen verbesserte Kommunikationsnetze und bestehende Offline-Dienste kombinieren, um die Produktivität zu steigern, Verschwendung zu reduzieren und die regionale öffentliche Daseinsvorsorge zu verbessern. Brasilien verzeichnet derzeit zahlreiche Investitionen in KI- und IoT-Technologien.

• Beispielsweise eröffnete die brasilianische Regierung im Juli 2021 ein Technologieentwicklungszentrum mit Schwerpunkt auf IoT-, 5G- und Robotikforschung. Bereits im Juli 2020 schloss Qualcomm Ventures eine Partnerschaft mit der brasilianischen Nationalbank für wirtschaftliche und soziale Entwicklung (BNDES), um einen Fonds für brasilianische Startups im Bereich IoT-Technologien aufzulegen. Solche Initiativen dürften die Verbreitung von IoT weiter beschleunigen und das Wachstum des FPGA-Marktes unterstützen.

Im Nahen Osten und in Afrika wächst die Halbleiterindustrie dank staatlicher Unterstützung stetig. Im Dezember 2021 wurden in den Vereinigten Arabischen Emiraten mehrere Rechenzentren eröffnet, darunter von Oracle und Amazon. Darüber hinaus strebt jedes Unternehmen im Nahen Osten eine Strategie für moderne Datenschutzrichtlinien an, die Cloud, Sicherheit und Container umfasst und sich positiv auf den Einsatz von FPGA-Lösungen auswirken könnte.

Segmentanalyse

Nach Konfiguration

Das Segment der FPGAs im mittleren Preissegment dominiert den Weltmarkt und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 7,6 % verzeichnen. Im High-End-FPGA-Markt sind Xilinx (jetzt AMD) und Intel führende Anbieter und decken einen bedeutenden Anteil der Anwendungsfälle ab. Viele andere FPGA-Hersteller konzentrieren sich auf das mittlere und untere Preissegment mit niedrigeren Einstiegskosten, um wettbewerbsfähig zu sein. Bis vor Kurzem fehlte kleinen und mittelständischen Unternehmen die Dynamik, um diese Giganten im High-End-FPGA-Segment (AMD und Intel) herauszufordern. Der High-End-FPGA-Markt stellt jedoch das größte Segment des FPGA-Geschäfts dar. Aktuell bringen einige Unternehmen ihre Produkte auch in dieses Segment auf den Markt. High-End-FPGAs von Xilinx und Intel sind für Anwendungen in der 5G-Infrastruktur, KI/ML, Automobilindustrie, Datenspeicherung, Rechenbeschleunigung, Netzwerktechnik, Verteidigung und Hardware-Sicherheit sowie Test- und Messtechnik konzipiert.

Durch Technologie

SRAM-basierte FPGAs tragen am meisten zum Marktanteil bei und werden voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 8,3 % verzeichnen. Die Entwicklung energieeffizienter SRAM-Zellen ist für moderne FPGAs unerlässlich, da SRAM ein zentraler Bestandteil des FPGA-Designs ist und den größten Teil der Gesamtleistung verbraucht. SRAM wird im Cache-Speicher von Computern und als Teil des Digital-Analog-Wandlers (DAM) von Grafikkarten verwendet. Darüber hinaus werden SRAM-basierte FPGAs im CMOS-Verfahren gefertigt, was eine höhere Energieeffizienz und Logikdichte als frühere Technologien ermöglicht und den Markt weiter ankurbelt. Die weitverbreitete Anwendung von SRAM-basierten FPGAs in militärischen und Luftfahrtanwendungen, Telekommunikations- und drahtlosen Kommunikationssystemen sowie Konsumgütern treibt das Segmentwachstum zusätzlich an.

Ein FPGA mit Anti-Sicherung ist das sicherste verfügbare programmierbare Gerät. Die Anti-Sicherung in diesen FPGAs kann durchgebrannt werden, um Strom zu leiten. Nach dem Durchbrennen kann die Anti-Sicherung nicht mehr ausgetauscht werden. Daher können diese FPGA-Platinen nur einmal programmiert werden und sind nicht wiederverwendbar.

• Die Anti-Sicherung von Actel ähnelt beispielsweise der Sicherungstechnologie, da sie einmalig programmierbar (OTP) ist. Der gegenteilige Aspekt der Anti-Sicherung liegt in ihrer Programmiermethode. Anstatt die Metallverbindung durch Anlegen eines elektrischen Stroms zu unterbrechen, dehnt sich der Strom aus und stellt die Verbindung wieder her.

Nach Endverbraucherbranche

Der Militär- und Luftfahrtsektor hält den größten Marktanteil und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 7,5 % verzeichnen. Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) sind in Signalverarbeitungsplatinen für Verteidigungsanwendungen wie Radar und Sonar weit verbreitet. Diese Bausteine ​​versprechen eine noch höhere Leistung, insbesondere in Kommunikationstechnologien wie Software-Defined Radio (SDR). Sowohl im In- als auch im Ausland werden FPGAs in der Luft- und Raumfahrtindustrie, insbesondere in kommerziellen Satelliten, intensiv eingesetzt. Laut Datenlage kommen FPGAs in 60 Projekten zur Erforschung des Weltraums, Forschungs- und kommerziellen Satelliten im In- und Ausland sowie in zahlreichen militärischen Satellitenprogrammen zum Einsatz.

FPGAs können ältere ASIC-Technologien in industriellen Anwendungen ersetzen und so kostengünstigere Lösungen ermöglichen. Als Kommunikations-Coprozessoren sind FPGAs für die Ethernet-Anbindung zuständig, und flexible Lösungen unterstützen verschiedene Protokolle auf einer einzigen Hardwareplattform. Darüber hinaus steuert das FPGA den Motor. Dies lässt sich problemlos mit einem eingebetteten Prozessor, Echtzeitfähigkeit und einem digitalen Encoder realisieren. Industrie 4.0 basiert zudem auf Vernetzung und autonomem Betrieb.robustes industrielles IoTAnwendungsbereiche. Entwickler industrieller Systeme können FPGA-basierte Automatisierungslösungen nutzen, um die Kosten und die Markteinführungszeit für Fabrikautomatisierungssysteme drastisch zu reduzieren.