中端市場出現(xiàn)填空機遇 FPGA未來局勢分析

前幾年，人們總拿ASIC和FPGA作比較，事實證明FPGA因其靈活、上市時間短和前期投入成本低等獨特性，是市場不可或缺的有機組成部分。

根據(jù)Frost&Sullivan發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年全球FPGA市場規(guī)模為68.6億美元，相較2020年的60.8億美元，同比增長 12.8%。對于未來發(fā)展趨勢，F(xiàn)rost&Sullivan預(yù)測，全球FPGA需求將從2021年的68.6億美元增長至2025年的125.8 億美元，年均復(fù)合增長率約為16.4%。

雖然市場體量增長趨于樂觀，但是經(jīng)過40多年的發(fā)展，F(xiàn)PGA的全球競爭格局已經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定。目前全球 FPGA主要供應(yīng)商包括AMD（Xilinx）、Intel（Altera）、Lattice和Microchip（Microsemi）等，2021年這四家行業(yè)寡頭的市占率分別達(dá)到了51%、29%、7%和6%，加總后占據(jù)全球93%的FPGA市場份額。

頭部企業(yè)向高端市場靠攏

當(dāng)然這種看似穩(wěn)定的格局，在隨著近幾年頭部廠商的收并購操作，各家戰(zhàn)略都有所調(diào)整。

2015年：Intel收購Altera

Altera作為全球FPGA屆的第二把交椅、可編程邏輯器件的發(fā)明者，于2015年正式被Intel以167億美元的價格收入囊中。收購后，Intel將Altera 并入其可編程解決方案事業(yè)部，并計劃從2016年開始把面向中高端企業(yè)級服務(wù)器、工作站市場的至強處理器和FPGA芯片打包銷售，甚至將其集成至1顆芯片，以期實現(xiàn)更加強大的計算性能（前期提升30%-50%；最終提升200%-300%）。

當(dāng)時有專業(yè)人士就曾表示，Intel和Altera的整合不會那么快，至少需要2-3年的時間才會有成熟產(chǎn)品上市。果然，直到2017年Intel才推出真正Intel制造的FPGA產(chǎn)品。

匯總Intel（Altera）的FPGA產(chǎn)品系列包括：

MAXII系列：實質(zhì)上是CPLD；

Cyclone系列：定位于中低端市場，類似于Xilinx 公司的Spartan系列和Artix系列，最新產(chǎn)品為Cyclone10。

Stratix系列：定位于高端市場，與Xilinx的Kintex、Virtex系列競爭，最新產(chǎn)品為Stratix10；

Arria系列：SOC系列FPGA, 內(nèi)置ARM Cotex A9的核；

Intel Arria 10系列：支持DDR4存儲器接口的FPGA，硬件設(shè)計人員可以使用Quartus II 軟件v14.1，在Arria 10 FPGA和SoC設(shè)計中實現(xiàn)666 Mbps DDR4存儲器數(shù)據(jù)速率；

Agilex系列：包括面向數(shù)據(jù)中心等高端市場，采用Intel 10 SuperFin工藝，異構(gòu) 3D 系統(tǒng)級封裝 (SiP) 技術(shù)的一款FPGA產(chǎn)品；以及今年推出的面向中端應(yīng)用和邊緣、嵌入式應(yīng)用市場，采用Intel 7工藝，封裝規(guī)格更小、邏輯密度更高的Agilex D系列和Sundance Mesa系列FPGA產(chǎn)品。

2018年：Microchip收購Microsemi

2010年，Microsemi以4.3億美元的案值收購了FPGA廠商Actel，拉開了Microsemi的Fusion/SmartFusion產(chǎn)品線與Cypress的PSoC平臺的激烈競爭。Microsemi的FPGA產(chǎn)品專注于美國軍工、航空和通信領(lǐng)域，產(chǎn)品為反熔絲結(jié)構(gòu)FPGA和基于Flash的FPGA為主，具有抗輻照和可靠性高的優(yōu)勢。

2018年，Microchip又以80億美元的案值收購了Microsemi，以加強其在該航空航天和國防領(lǐng)域的實力，同時提升在計算和通信領(lǐng)域的基礎(chǔ)實力。

匯總Microchip（Microsemi）的FPGA產(chǎn)品系列包括：

反熔絲結(jié)構(gòu)FPGA：邏輯密度在3KLE以內(nèi)；

IGLOO /SmartFusion系列：CPLD替代產(chǎn)品，邏輯密度在3KLE-30KLE范圍內(nèi)；

IGLOO2/SmartFusion2系列：定位低密度FPGA產(chǎn)品，邏輯密度在30KLE-150KLE范圍內(nèi)，其中IGLOO2系列提供了LUT-based架構(gòu)、5 Gbps收發(fā)器等模塊；SmartFusion2 SoC FPGA在單一芯片上集成了可靠的flash-based FPGA架構(gòu)、ARM Cortex-M3處理器、安全處理加速器等模塊；

RTG4& RTAX系列：?耐輻射FPGA產(chǎn)品，結(jié)合DSP技術(shù)，主打簡化近地軌道、深空或介于兩者之間的高速通信有效載荷、高分辨率傳感器和儀器以及飛行關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計；

PolarFire系列：定位低功耗、中等密度FPGA產(chǎn)品，邏輯密度在100KLE-500KLE范圍內(nèi)，增加了DDR4接口，自帶12.7G SERDES，在普通接口上可接入多路以太網(wǎng)；

PolarFire 2系列：在PolarFire系列的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高性能和能效曲線，并增加新的基于RISC-V的高性能計算元件。

2022年：AMD收購Xilinx

Xilinx作為FPGA技術(shù)的首創(chuàng)者，早在1985年就推出了商業(yè)化產(chǎn)品，不僅是全球領(lǐng)先的可編程邏輯完整解決方案供應(yīng)商，也是目前排名第一的FPGA解決方案提供商，在FPGA市場擁有高達(dá)50%的占有率。

2020年10月，AMD開始啟動對Xilinx的收購計劃。2022年2月，AMD正式宣布該項收購?fù)瓿桑蔀槿虻诙覔碛?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/132/" target="_blank">CPU、GPU和FPGA三種產(chǎn)品的芯片廠商，未來AMD有望進(jìn)一步擴大其在先進(jìn)計算、圖形計算和自適應(yīng)SoC市場的競爭力。

匯總AMD（Xilinx）的FPGA產(chǎn)品系列包括：

Spartan系列：定位于低端市場，目前最新器件為采用28nm工藝的Spartan7；

Artix系列：定位于低端Spartan和高端Kintex之間的中端市場，目前在售的主流產(chǎn)品為采用28nm工藝的Artix-7，以及最新推出但還未量產(chǎn)的采用16nm FinFET 工藝的Artix UltraScale+ AU7P FPGA；

Kintex系列：定位于高端市場，包含有28nm工藝的Kintex7系列，20nm的Kintex7 Ultrascale系列，還有16nm的Kintex7 Ultrascale+系列；

Virtex系列：定位于高端市場，包含有采用28nm工藝的Virtex7系列，20nm的Virtex7 Ultrascale系列，還有16nm的Virtex7 Ultrascale+系列；

全可編程 SoC 和 MPSoC系列：包括有Zynq-7000 和Zynq UltraScale+ MPSoC系列FPGA、內(nèi)嵌有ARM Cortex系列CPU；

AI Engine系列：Versal ACAP、Alveo系列等。

大家不難發(fā)現(xiàn)，在這三起收并購案落地的背后，全球FPGA產(chǎn)業(yè)的格局也在隨之變化。在前面介紹到的全球FPGA四大家中，只有Lattice還處于獨立地位，尤其是AMD（Xilinx）、Intel（Altera），會根據(jù)母公司策略，更偏向于面向數(shù)據(jù)中心的高端FPGA市場，形成AMD、Intel和Achronix三者正面交鋒的局勢。

何以看出？舉個例子，2022年9月，AMD宣布Xilinx 7系列產(chǎn)品的生命周期將延長至2035年，而部分Xilinx 7系列產(chǎn)品已經(jīng)在市場上耕耘了10年之久，這意味著在中端FPGA領(lǐng)域，AMD的戰(zhàn)略是維持舊有市場，而非增加投入。

中端市場出現(xiàn)填空機遇

隨著頭部廠商的策略調(diào)整，中端FPGA市場（100k~500k邏輯單元的FPGA）出現(xiàn)市場空缺，國內(nèi)外的廠商嗅到機遇，紛紛布局中端FPGA市場，包括Lattice、安路科技等。

Lattice：首次發(fā)布500K邏輯單元的Avant系列

Lattice是全球領(lǐng)先的低功耗FPGA供應(yīng)商，也是全球FPGA市場的第四名，公司的FPGA產(chǎn)品在低功耗、小尺寸方面應(yīng)用廣泛。

2022年12月，Lattice面向網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用市場，發(fā)布首個超過100K邏輯單元的產(chǎn)品系列——Avant系列，劍指Intel（Altera）的Arria V GZ（450k邏輯單元）和AMD（Xilinx）的Kintex-7（478k邏輯單元），嘗試將其擅長的低功耗架構(gòu)、小尺寸和高性能優(yōu)勢拓展到中端FPGA領(lǐng)域。

匯總Lattice的FPGA產(chǎn)品系列包括：

ECP系列：為Lattice自己的開發(fā)的FPGA系列，提供低成本，高密度的FPGA解決方案，而且還有高速Serdes等接口，適用于民品解決方案居多；

ICE系列：為收購SilioncBlue的超低功耗FPGA，曾用在iPhone7里面，實現(xiàn)了FPGA首次在消費類產(chǎn)品中應(yīng)用，不過隨著手機等消費產(chǎn)品走向成熟，正逐漸被ASIC所替代，這也是ICE40定位比較尷尬的地方；

Crosslink系列：包括Crosslink和升級款Crosslink-NX，擁有MIPI硬核（1.5Gbps/lane）是該系列FPGA市場走俏的重要因素，而Crosslink-NX 作為行業(yè)領(lǐng)先的嵌入式視覺FPGA，邏輯單元從之前發(fā)布的Certus-NX的17 K提升到了96 K，其MIPI硬核每個lane達(dá)到2.5Gbps，軟核每個lane 1.5Gbps，同時有PCIe硬核和ADC，在高端視頻接口處理領(lǐng)域用的非常多；

Certus系列：Certus-NX被視為重新定義了通用FPGA，LVDS速率可達(dá)1.5Gbps，DDR3可以支持到1066Mbps，擁有PCIe硬核和ADC硬核，功耗方面的表現(xiàn)非常優(yōu)秀；而CertusPro系列屬于Lattice下面比較高級的通用FPGA產(chǎn)品，是Certus-NX的升級款；

Mach系列：替代CPLD，實現(xiàn)粘合邏輯的最佳選擇，現(xiàn)已升級至第二代安全FPGA Mach-NX，此外還有同樣專注于控制安全領(lǐng)域的MachXO3、MachXO3D、MachXO5-NX等產(chǎn)品，其中MachXO5-NX是增強型監(jiān)測和控制FPGA；

Avant系列：采用臺積電16nm FinFET工藝，邏輯單元（LC）容量達(dá)到500K，Avant-E系列芯片擁有高達(dá)25 Gbps的可配置SERDES、支持硬核PCIe Gen 4、高性能I/O和高速存儲器接口支持，包括LPDDR4和DDR5。

安路科技：推出更高階的鳳凰系列產(chǎn)品

根據(jù)Frost&Sullivan的數(shù)據(jù)，以出貨量口徑統(tǒng)計，2019年公司FPGA芯片在中國市場排名第四，在國產(chǎn)品牌中排名第一。

2022年12月，面向通信基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療、工業(yè)和消費電子等對尺寸、重量、功耗和成本比較敏感的市場，安路科技推出更高階的鳳凰系列產(chǎn)品，包括PH1A60、PH1A90、PH1A180，被認(rèn)為是挺進(jìn)中容量FPGA市場的能力表現(xiàn)。

匯總安路科技的FPGA產(chǎn)品系列包括：

Phoenix（鳳凰）系列：屬于安路科技旗下的高性能FPGA，產(chǎn)品架構(gòu)支持100K~600K等效邏輯單元，其中最新的PH1A系列采用28nm工藝，SERDES支持4到8 lane，支持25Gbps到12.5Gbps的通道速率，支持多種協(xié)議，集成PCIe硬核，支持GEN1/2/3，支持X1、X2和X4模式，支持DDR3、DDR4存儲接口，部分型號的最大速率達(dá)到1866Mbps，部分型號支持MIPI DPHY-RX，線速率達(dá)5 Gbps；

Eagle（獵鷹）：屬于安路科技旗下的高效率FPGA，邏輯容量5.8K-20K，其中EAGLE-20采用55nm CMOS工藝和LUT4/5混合邏輯架構(gòu)，靜態(tài)電流低至4mA，具有22K等效邏輯單元，1Mbits BRAM容量，29個DSP，專門設(shè)計的1Gbps高速LVDS接口，集成12bit 1Msps ADC，專用電源監(jiān)控單元，多重啟動功能等針對顯示驅(qū)動、工業(yè)控制等市場對FPGA的差異化功能需求；

ELF（小精靈）系列：屬于安路科技旗下的低功耗FPGA，最新的EF3LA0采用55nm工藝，最多支持475個用戶 I/O，定位于通信、工業(yè)控制、服務(wù)器市場和新能源設(shè)備行業(yè)。

當(dāng)然想要進(jìn)入中端FPGA市場，以及付諸行動的絕對不止Lattice和安路科技兩家，受文章篇幅限制，我們此處不再多舉例。

中端市場風(fēng)向變化

前面講到了FPGA大廠跟著母公司策略走，頭部都在往高端市場加大投入。然而時移世易，隨著邊緣側(cè)嵌入式場景和AI的結(jié)合越來越緊密，對FPGA的需求量不斷攀升，加上邊緣側(cè)對FPGA提出了更高性能、低功耗的需求，原本追逐高端市場的廠商又開始返回中端市場來競爭。

Lattice方面曾在Avant系列發(fā)布會上預(yù)測：“Avant系列推出將給Lattice帶來30億美元的增量收入”。而Avant系列的推出就是為了解決客戶在網(wǎng)絡(luò)邊緣面臨的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，這意味著邊緣市場的容量相當(dāng)可觀。

而Intel（Altera）在走高端路線幾年后，市場份額急劇下降，其中中端市場是其失利的一大戰(zhàn)場。因此，2022年11月，英特爾宣布大力布局邊緣和中端市場，并同步推出基于Intel 7制程工藝的面向中端FPGA 市場的Agilex D系列和面向邊緣、嵌入式等應(yīng)用場景的Sundance Mesa系列FPGA產(chǎn)品。

Intel數(shù)據(jù)中心與人工智能集團(tuán)副總裁可編程解決方案事業(yè)部產(chǎn)品營銷總經(jīng)理Deepali Trehan表示：“市場需求時刻變化，幾年前AI工作負(fù)載可能被歸類于高端應(yīng)用，而今天AI正在被廣泛應(yīng)用于邊緣和嵌入市場，更像是中端需求。盡管前幾年，Intel推出的FPGA產(chǎn)品都更側(cè)重高端應(yīng)用市場，但隨著Agilex D系列FPGA和代號Sundance Mesa的全新Agilex FPGA的推出，英特爾將會更多關(guān)注中端應(yīng)用市場?！?/p>

“此外，高端和中端FPGA之間的區(qū)分會越來越趨向于模糊，中端FPGA將向著更高的性能和更低的功耗發(fā)展，這意味著之前的高端FPGA將延伸到中端應(yīng)用中?！?Deepali Trehan補充道。

FPGA未來局勢如何？

Lattice上海有限公司副總裁/中國區(qū)銷售總經(jīng)理王誠表示：“過去伴隨著通訊、3C行業(yè)和數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，F(xiàn)PGA市場的迭代速度是比較快的，但這幾年隨著FPGA在抽象層面的聚焦，疊加上先進(jìn)工藝的投入產(chǎn)出比，迭代速度反而不像以前那么快了，因此FPGA靠技術(shù)迭代和產(chǎn)品迭代得到產(chǎn)品競爭優(yōu)勢的時代可能在逐漸淡去，未來FPGA的營收或市場的方向應(yīng)該是貼近市場化。”

而Intel則站在拳頭級半導(dǎo)體廠商的角度，希望能把多個產(chǎn)業(yè)鏈聚集在一起，在不同領(lǐng)域推進(jìn)協(xié)同應(yīng)用創(chuàng)新，通過將這些應(yīng)用集成在通用的板級方案中，從而被更多的OEM、ODM所采用，來降低準(zhǔn)入門檻，縮短從開發(fā)到應(yīng)用的時間。

這意味著，眾廠家比拼產(chǎn)品硬件條件的同時，還要比拼服務(wù)配套、生態(tài)建設(shè)能力，如工具、軟件平臺、上下游廠商協(xié)作等等，究竟誰能在這個風(fēng)口上更占優(yōu)勢，還不好說，但是FPGA的未來至少是光明的，將伴隨著技術(shù)創(chuàng)新不斷往前推。

不過有一點值得肯定，那就是FPGA的整體市場容量是在不斷增長的，在不斷創(chuàng)新的應(yīng)用市場中，F(xiàn)PGA這個排頭兵的角色依舊非常重要，這也是為什么在半導(dǎo)體下行周期中，F(xiàn)PGA市場能夠保持平穩(wěn)的原因所在。根據(jù)arrow發(fā)布的2023年Q1市場趨勢報告顯示，F(xiàn)PGA是預(yù)計工廠交付周期中最長的品類，達(dá)到了45-65周，且交付周期和交付價格都相當(dāng)穩(wěn)定。