在英特爾于最近發(fā)布10納米Agilex，加上Xilinx早前推出7nm ACAP平臺(tái)之后，FPGA兩大龍頭已經(jīng)不約而同跨入了一個(gè)不同的世代。這種不同不僅體現(xiàn)在他們的工藝進(jìn)程邁進(jìn)了更先進(jìn)的工藝，更體現(xiàn)在現(xiàn)在的FPGA已經(jīng)不再是單純的FPGA了。更重要的一點(diǎn)，他們?cè)贔PGA市場(chǎng)進(jìn)一步拉開(kāi)了與后續(xù)追趕者的差距。

而對(duì)于國(guó)內(nèi)的廠商來(lái)說(shuō)，如何規(guī)劃FPGA的未來(lái)發(fā)展路線，就顯得尤為重要。

龍頭Xilinx和Intel的新布局

自Xilinx在1984年發(fā)明FPGA以來(lái)，這種擁有可編程特性的邏輯器件憑借性能、上市時(shí)間、成本、穩(wěn)定性和長(zhǎng)期維護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，在通信、醫(yī)療、工控和安防等領(lǐng)域占有一席之地， 但進(jìn)入近年，隨著人工智能、云計(jì)算和高性能計(jì)算的興起，F(xiàn)PGA所瞄準(zhǔn)的市場(chǎng)也有了不同的變化，這也吸引了領(lǐng)先的Xilinx和Intel（收購(gòu)Altera進(jìn)入FPGA市場(chǎng)）兩大供應(yīng)商的虎視眈眈，Xilinx則是最先出招的。

在2018年三月，Xilinx推出了他們的7nm 的ACAP （Adaptive Compute Acceleration Platform，自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)）平臺(tái)。

據(jù)官方介紹，ACAP 是一個(gè)高度集成的多核異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)，能根據(jù)各種應(yīng)用與工作負(fù)載的需求從硬件層對(duì)其進(jìn)行靈活修改。其核心是新一代的 FPGA 架構(gòu)，結(jié)合了分布式存儲(chǔ)器與硬件可編程的 DSP 模塊、一個(gè)多核 SoC 以及一個(gè)或多個(gè)軟件可編程且同時(shí)又具備硬件自適應(yīng)性的計(jì)算引擎，并全部通過(guò)片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）實(shí)現(xiàn)互連。此外，ACAP 還擁有高度集成的可編程 I/O 功能，根據(jù)不同的器件型號(hào)這些功能從集成式硬件可編程存儲(chǔ)器控制器，到 超高速SerDes收發(fā)器技術(shù)，以及 RF-ADC/DAC 和集成式高帶寬存儲(chǔ)器（HBM）。

當(dāng)年十月，Xilinx帶來(lái)了其7nm工藝ACAP平臺(tái)第一款產(chǎn)品Versal。據(jù)了解，這是第一個(gè)將軟件可編程性與特定領(lǐng)域硬件加速和靈活應(yīng)變能力相結(jié)合的平臺(tái)，產(chǎn)品組合包括 6 個(gè)系列的器件，其獨(dú)特架構(gòu)針對(duì)云端、網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信乃至邊緣計(jì)算和端點(diǎn)等不同市場(chǎng)的眾多應(yīng)用提供了可擴(kuò)展性和 AI 推斷功能，能為所有的應(yīng)用提供強(qiáng)大的異構(gòu)加速功能。

上個(gè)月，英特爾也發(fā)布了其10nm的Agilex。

據(jù)介紹，英特爾 AgilexFPGA 家族采用異構(gòu) 3D 系統(tǒng)級(jí)封裝 （SiP） 技術(shù)，集成了英特爾首款基于 10 納米制程技術(shù)的 FPGA 架構(gòu)和第二代英特爾 HyperFlex FPGA 架構(gòu)，可將性能提升多達(dá) 40%，將數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算應(yīng)用的功耗降低多達(dá) 40%。另外，英特爾 Agilex SoC FPGA 還集成了四核 Arm Cortex-A53 處理器，可提供高系統(tǒng)集成水平。

英特爾Agilex家族還將模擬、內(nèi)存、自定義計(jì)算、自定義I/O，英特爾eASIC和FPGA邏輯結(jié)構(gòu)集成到一個(gè)芯片封裝中。利用帶有可復(fù)用IP的自定義邏輯連續(xù)體，英特爾為客戶(hù)提供了從FPGA到結(jié)構(gòu)化ASIC的遷移路徑。一個(gè)API提供軟件友好型異構(gòu)編程環(huán)境，支持軟件開(kāi)發(fā)人員輕松發(fā)揮FPGA的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)加速。

這兩個(gè)廠商在發(fā)布的時(shí)候，無(wú)一不談到了人工智能、邊緣計(jì)算和數(shù)據(jù)中心這些關(guān)鍵字，這也將是他們這些頭部玩家說(shuō)聚焦的關(guān)鍵點(diǎn)。

FPGA市場(chǎng)和技術(shù)的新變化

FPGA最近幾年正在面臨一些新的變化。

首先從市場(chǎng)方面看。在FPGA被發(fā)明出來(lái)之后的早期發(fā)展階段，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出了不少的FPGA開(kāi)發(fā)商。經(jīng)過(guò)多年的兼并發(fā)展后，F(xiàn)PGA市場(chǎng)呈現(xiàn)了Xilinx和Altera平分秋色，Lattice和Actel則在暗中搶占市場(chǎng)份額。另外，還有如Achronix和Tabula等FPGA初創(chuàng)企業(yè)伺機(jī)搶食的局面。

但這種局面在Altera于2015被Intel斥資167億美元收購(gòu)以來(lái)徹底改變。

眾所周知，先進(jìn)工藝對(duì)FPGA是非常重要，誰(shuí)先來(lái)到一個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)，誰(shuí)就能占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)，這會(huì)帶來(lái)高人一籌的設(shè)計(jì)，市場(chǎng)份額隨之增加。而Xilinx自從在28nm工藝的時(shí)候從UMC轉(zhuǎn)向TSMC之后，并在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上領(lǐng)先Altera之后，這堅(jiān)定了他們的信心。在20nm的時(shí)候，Xilinx更進(jìn)一步，拉大和Altera的差距。

反觀Altera，在被Intel收購(gòu)之后轉(zhuǎn)向了IDM巨頭的14nm工藝，但卻導(dǎo)致了Altera被推遲，但競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Xilinx卻在TSMC 16nm的幫助下，建立起大幅度領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。雖然后來(lái)Intel在14nm FPGA上表現(xiàn)不賴(lài)，也新近發(fā)了10nm的Agilex。但我們可以看到，Xilinx憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)拿下了很多市場(chǎng)。從股價(jià)上看，在英特爾收購(gòu)Altera之前，Xilinx的股價(jià)相對(duì)停滯，但目前它的股價(jià)是Altera被收購(gòu)前的數(shù)倍。

Xilinx從2013年到現(xiàn)在的股價(jià)走勢(shì)

我們也可以看到，在Altera被收購(gòu)之后，還有兩家FPGA廠商也獲益不少：

2010年MicroSemi以4.3億美元收購(gòu)了Actel，但這兩家企業(yè)最初的整合有點(diǎn)坎坷，但現(xiàn)在的Actel現(xiàn)在是MicroSemi的領(lǐng)先的可編程產(chǎn)品，去年MicroSemi被MicroChip以83億美金收購(gòu)；

2017年，Canyon Bridge（一家中國(guó)支持的私募股權(quán)公司）計(jì)劃以13億美元（合每股8.30美元）收購(gòu)Lattice Semiconductor，這筆交易在引發(fā)美國(guó)國(guó)防部官員擔(dān)憂(yōu)后被否定。到2019年，獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的Lattice Semiconductor仍在飛速發(fā)展，其股價(jià)已超過(guò)每股13美元。

Lattice從2015年到現(xiàn)在的股價(jià)走勢(shì)

至于其他初創(chuàng)公司，尤以獲得英特爾投資和制造協(xié)議的Achronix表現(xiàn)最為出色。他們最初以英特爾的22nm工藝起步，但為了與Xilinx競(jìng)爭(zhēng)，公司遷移到臺(tái)積電的16nm和7nm工藝，這也幫助他們?cè)?018年獲得了過(guò)億美元的營(yíng)收。

來(lái)到技術(shù)方面，京微齊力創(chuàng)始人王海力告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察記者，現(xiàn)在的FPGA已經(jīng)從單一的邏輯，發(fā)展成為豐富內(nèi)涵的系統(tǒng)上的邏輯，技術(shù)內(nèi)涵越來(lái)越大，包括的東西越來(lái)越多，廠商也把CPU、GPU、AI、ASIC、memory和高帶寬的I/O都囊括進(jìn)去了，F(xiàn)PGA開(kāi)始成為集大成者。

王海力指出，在這種系統(tǒng)高度整合的發(fā)展趨勢(shì)下，同時(shí)得益于先進(jìn)工藝（如10nm及以下）技術(shù)的推動(dòng)下，如果FPGA廠商只做pure的FPGA，意義并不大，尤其是在5G通信，人工智能和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域等新興應(yīng)用領(lǐng)域。在他看來(lái)，單純追求邏輯資源（LUT）的規(guī)模，已經(jīng)不再是FPGA未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)。未來(lái)的FPGA會(huì)集成越來(lái)越多的異構(gòu)單元，在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的計(jì)算內(nèi)力與性能、超高的存儲(chǔ)帶寬能力和I/O處理能力，當(dāng)然同時(shí)也帶來(lái)更高成本和功耗的挑戰(zhàn)。

此外，王海力也表示，從Xilinx后續(xù)的布局看，F(xiàn)PGA廠商對(duì)軟件方面的投入是非常巨大的，除了工具EDA內(nèi)核（綜合，布局布線）外，還包括各種面向應(yīng)用的編譯器，仿真模型，加速模型和適配器，軟件處理的能力也越來(lái)越大。

“FPGA公司開(kāi)始逐漸轉(zhuǎn)型成為一個(gè)面向應(yīng)用的‘軟件’公司，更重視軟件的處理能力，以及快速構(gòu)建并處理應(yīng)用生態(tài)的能力，這是一種不可逆的趨勢(shì)”，王海力說(shuō)。

國(guó)產(chǎn)FPGA該如何發(fā)展

毫無(wú)疑問(wèn)，現(xiàn)在的FPGA依然是國(guó)外廠商的天下。

據(jù)國(guó)盛證券研究所統(tǒng)計(jì)顯示，F(xiàn)PGA市場(chǎng)高度集中，行業(yè)前五則占據(jù)了全球約為88%的市場(chǎng)份額，而Xilinx和Altera（已被Intel收購(gòu)）兩家則合計(jì)占據(jù)超過(guò)70%的市場(chǎng)空間。

2017年FPGA市場(chǎng)的份額

但一方面，據(jù)行業(yè)分析師稱(chēng)，得益于云端的AI需求的增加，物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備、汽車(chē)和高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（5G）的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)FPGA的市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的60億美元上升到2026年將接近120億美元，年復(fù)合年增長(zhǎng)率為7%；另一方面，國(guó)內(nèi)還有***的需求。在這兩個(gè)因素的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了京微齊力（已收購(gòu)京微雅格）、廣東高云、上海安路、紫光同創(chuàng)、西安智多晶和上海AGM等一大批專(zhuān)注于消費(fèi)、顯示、工控等市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)廠商投身其中，還有其他如58所、772所、深圳國(guó)微、成都華微和復(fù)旦微，其中有做到28nm FPGA芯片供軍工市場(chǎng)使用。

不過(guò)從現(xiàn)狀看來(lái)，雖然國(guó)產(chǎn)FPGA廠商一直有加大投入，但隨著Xilinx和Intel先后推出的大殺器之后，國(guó)內(nèi)廠商與FPGA頭部?jī)杉夜镜牟罹嗥鋵?shí)正在進(jìn)一步拉大。王海力也表示，國(guó)外廠商已經(jīng)在進(jìn)一步加大系統(tǒng)整合和軟件部署能力，但我們國(guó)產(chǎn)FPGA還主要集中在解決基礎(chǔ)EDA軟件工具和豐富產(chǎn)品線這兩方面的工作。

從FPGA技術(shù)方面，首先看制程方面，如上所述，Xilinx已經(jīng)跨進(jìn)了7nm時(shí)代，但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的廠商主要還停留在40nm產(chǎn)品層面。雖然這些廠商也都在進(jìn)攻28nm，但據(jù)了解，他們要到今年下半年或明年上半年才會(huì)陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)品，而量產(chǎn)則需要到明年下半年甚至后年上半年才能逐步實(shí)現(xiàn)。

但王海力也表示，我們國(guó)產(chǎn)FPGA正在拉近與Lattice等廠商的距離，國(guó)產(chǎn)FPGA也正在逐步吞噬Lattice和一部分小容量的Xilinx/Intel的市場(chǎng)和客戶(hù)。替代10K/20K邏輯處理和CPLD市場(chǎng)，在LED顯示以及消費(fèi)屏顯等方面，國(guó)內(nèi)客戶(hù)也開(kāi)始考慮國(guó)內(nèi)FPGA廠商的芯片與方案。

對(duì)于國(guó)產(chǎn)FPGA的未來(lái)發(fā)展，王海則認(rèn)為，國(guó)內(nèi)廠商仍需堅(jiān)持走自主可控+自主創(chuàng)新這條路，在FPGA內(nèi)核、異構(gòu)計(jì)算技術(shù)、芯片工藝制程與封裝實(shí)現(xiàn)、EDA工具鏈與軟件處理能力、以及應(yīng)用軟IP建設(shè)等多方面下苦功夫，逐步構(gòu)建國(guó)產(chǎn)FPGA芯片+應(yīng)用生態(tài)圈。當(dāng)前全球集成電路的發(fā)展呈現(xiàn)融合互動(dòng)、綜合競(jìng)爭(zhēng)、跨越創(chuàng)新的特點(diǎn)，高端FPGA芯片的競(jìng)爭(zhēng)已不單純是FPGA芯片自身的競(jìng)爭(zhēng)，而更多地體現(xiàn)在其芯片基礎(chǔ)架構(gòu)與軟件工具與應(yīng)用滲透上的創(chuàng)新，以及與FPGA芯片協(xié)同的上下游產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)上的競(jìng)爭(zhēng)。每一位國(guó)產(chǎn)FPGA從業(yè)者任重而道遠(yuǎn)！