FPGA掀起新一轮卡位战?
2023-04-29
前几年,人们总拿ASIC和FPGA作比较,事实证明FPGA因其灵活、上市时间短和前期投入成本低等独特性,是市场不可或缺的有机组成部分。
根据Frost&Sullivan发布的数据显示,2021年全球FPGA市场规模为68.6亿美元,相较2020年的60.8亿美元,同比增长 12.8%。对于未来发展趋势,Frost&Sullivan预测,全球FPGA需求将从2021年的68.6亿美元增长至2025年的125.8 亿美元,年均复合增长率约为16.4%。
虽然市场体量增长趋于乐观,但是经过40多年的发展,FPGA的全球竞争格局已经相当稳定。目前全球 FPGA主要供应商包括AMD(Xilinx)、Intel(Altera)、Lattice和Microchip(Microsemi)等,2021年这四家行业寡头的市占率分别达到了51%、29%、7%和6%,加总后占据全球93%的FPGA市场份额。
头部企业向高端市场靠拢当然这种看似稳定的格局,在随着近几年头部厂商的收并购操作,各家战略都有所调整。
2015年:Intel收购AlteraAltera作为全球FPGA届的第二把交椅、可编程逻辑器件的发明者,于2015年正式被Intel以167亿美元的价格收入囊中。收购后,Intel将Altera 并入其可编程解决方案事业部,并计划从2016年开始把面向中高端企业级服务器、工作站市场的至强处理器和FPGA芯片打包销售,甚至将其集成至1颗芯片,以期实现更加强大的计算性能(前期提升30%-50%;最终提升200%-300%)。
当时有专业人士就曾表示,Intel和Altera的整合不会那么快,至少需要2-3年的时间才会有成熟产品上市。果然,直到2017年Intel才推出真正Intel制造的FPGA产品。
FPGA产品系列包括:MAXII系列:实质上是CPLD;Cyclone系列:定位于中低端市场,类似于Xilinx 公司的Spartan系列和Artix系列,最新产品为Cyclone10.
Stratix系列:定位于高端市场,与Xilinx的Kintex、Virtex系列竞争,最新产品为Stratix10;Arria系列:SOC系列FPGA, 内置ARM Cotex A9的核;Intel Arria 10系列:支持DDR4存储器接口的FPGA,硬件设计人员可以使用Quartus II 软件v14.1,在Arria 10 FPGA和SoC设计中实现666 Mbps DDR4存储器数据速率;Agilex系列:包括面向数据中心等高端市场,采用Intel 10 SuperFin工艺,异构 3D 系统级封装 (SiP) 技术的一款FPGA产品;以及今年推出的面向中端应用和边缘、嵌入式应用市场,采用Intel 7工艺,封装规格更小、逻辑密度更高的Agilex D系列和Sundance Mesa系列FPGA产品。
2018年:Microchip收购Microsemi2010年,Microsemi以4.3亿美元的案值收购了FPGA厂商Actel,拉开了Microsemi的Fusion/SmartFusion产品线与Cypress的PSoC平台的激烈竞争。Microsemi的FPGA产品专注于美国军工、航空和通信领域,产品为反熔丝结构FPGA和基于Flash的FPGA为主,具有抗辐照和可靠性高的优势。
2018年,Microchip又以80亿美元的案值收购了Microsemi,以加强其在该航空航天和国防领域的实力,同时提升在计算和通信领域的基础实力。
FPGA芯片产品系列包括:反熔丝结构FPGA:逻辑密度在3KLE以内;IGLOO /SmartFusion系列:CPLD替代产品,逻辑密度在3KLE-30KLE范围内;IGLOO2/SmartFusion2系列:定位低密度FPGA产品,逻辑密度在30KLE-150KLE范围内,其中IGLOO2系列提供了LUT-based架构、5 Gbps收发器等模块;SmartFusion2 SoC FPGA在单一芯片上集成了可靠的flash-based FPGA架构、ARM Cortex-M3处理器、安全处理加速器等模块;RTG4& RTAX系列: 耐辐射FPGA产品,结合DSP技术,主打简化近地轨道、深空或介于两者之间的高速通信有效载荷、高分辨率传感器和仪器以及飞行关键系统的设计;PolarFire系列:定位低功耗、中等密度FPGA产品,逻辑密度在100KLE-500KLE范围内,增加了DDR4接口,自带12.7G SERDES,在普通接口上可接入多路以太网;PolarFire 2系列:在PolarFire系列的基础上,进一步提高性能和能效曲线,并增加新的基于RISC-V的高性能计算元件。
2022年:AMD收购XilinxXilinx作为FPGA技术的首创者,早在1985年就推出了商业化产品,不仅是全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商,也是目前排名第一的FPGA解决方案提供商,在FPGA市场拥有高达50%的占有率。
2020年10月,AMD开始启动对Xilinx的收购计划。2022年2月,AMD正式宣布该项收购完成,成为全球第二家拥有CPU、GPU和FPGA三种产品的芯片厂商,未来AMD有望进一步扩大其在先进计算、图形计算和自适应SoC市场的竞争力。
FPGA产品系列包括:Spartan系列:定位于低端市场,目前最新器件为采用28nm工艺的Spartan7;Artix系列:定位于低端Spartan和高端Kintex之间的中端市场,目前在售的主流产品为采用28nm工艺的Artix-7,以及最新推出但还未量产的采用16nm FinFET 工艺的Artix UltraScale+ AU7P FPGA;Kintex系列:定位于高端市场,包含有28nm工艺的Kintex7系列,20nm的Kintex7 Ultrascale系列,还有16nm的Kintex7 Ultrascale+系列;Virtex系列:定位于高端市场,包含有采用28nm工艺的Virtex7系列,20nm的Virtex7 Ultrascale系列,还有16nm的Virtex7 Ultrascale+系列;全可编程 SoC 和 MPSoC系列:包括有Zynq-7000 和Zynq UltraScale+ MPSoC系列FPGA、内嵌有ARM Cortex系列CPU;AI Engine系列:Versal ACAP、Alveo系列等。
大家不难发现,在这三起收并购案落地的背后,全球FPGA产业的格局也在随之变化。在前面介绍到的全球FPGA四大家中,只有Lattice还处于独立地位,尤其是AMD(Xilinx)、Intel(Altera),会根据母公司策略,更偏向于面向数据中心的高端FPGA市场,形成AMD、Intel和Achronix三者正面交锋的局势。
何以看出?举个例子,2022年9月,AMD宣布Xilinx 7系列产品的生命周期将延长至2035年,而部分Xilinx 7系列产品已经在市场上耕耘了10年之久,这意味着在中端FPGA领域,AMD的战略是维持旧有市场,而非增加投入。