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FPGA龙头公司日益强大 需坚持走自主可控+自主创

英特尔于近来宣布10纳米Agilex,加上Xilinx早前推出7nm ACAP平台之后,FPGA两大年夜龙头已经不约而合跨入了一个不合的世代。这种不合不仅体现在他们的工艺进程迈进了更先辈的工艺,更体现在现在的FPGA已经不再是纯真的FPGA了。更紧张的一点,他们在FPGA市场进一步拉开了与后续追赶者的差距。

而对付海内的厂商来说,若何筹划FPGA的未来成长路线,就显得尤为紧张。

龙头Xilinx和Intel的新结构

自Xilinx在1984年发现FPGA以来,这种拥有可编程特点的逻辑器件凭借机能、上市光阴、资源、稳定性和经久掩护方面的上风,在通信、医疗、工控和安防等领域占领一席之地, 但进入近年,跟着人工智能、云谋略和高机能谋略的兴起,FPGA所瞄准的市场也有了不合的变更,这也吸引了领先的Xilinx和Intel(收购Altera进入FPGA市场)两大年夜供应商的虎视眈眈,Xilinx则是最先出招的。

在2018年三月,Xilinx推出了他们的7nm 的ACAP (Adaptive Compute AcceleraTIon Platform,自适应谋略加速平台)平台。

据官方先容,ACAP 是一个高度集成的多核异构谋略平台,能根据各类利用与事情负载的需求从硬件层对其进行机动改动。其核心是新一代的 FPGA 架构,结合了散播式存储器与硬件可编程的 DSP 模块、一个多核 SoC 以及一个或多个软件可编程且同时又具备硬件自适应性的谋略引擎,并整个经由过程片上收集(NoC)实现互连。此外,ACAP 还拥有高度集成的可编程 I/O 功能,根据不合的器件型号这些功能从集成式硬件可编程存储器节制器,到 超高速SerDes收发器技巧,以及 RF-ADC/DAC 和集成式高带宽存储器(HBM)。

昔时十月,Xilinx带来了其7nm工艺ACAP平台第一款产品Versal。据懂得,这是第一个将软件可编程性与特定领域硬件加速和机动应变能力相结合的平台,产品组合包括 6 个系列的器件,其独特架构针对云端、收集、无线通信甚至边缘谋略和端点等不合市场的浩繁利用供给了可扩展性和 AI 揣摸功能,能为所有的利用供给强大年夜的异构加速功能。

上个月,英特尔也宣布了其10nm的Agilex。

据先容,英特尔 AgilexFPGA 家族采纳异构 3D 系统级封装 (SiP) 技巧,集成了英特尔首款基于 10 纳米制程技巧的 FPGA 架构和第二代英特尔 HyperFlex FPGA 架构,可将机能提升多达 40%,将数据中间、收集和边缘谋略利用的功耗低落多达 40%。别的,英特尔 Agilex SoC FPGA 还集成了四核 Arm Cortex-A53 处置惩罚器,可供给高系统集成水平。

英特尔Agilex家族还将模拟、内存、自定义谋略、自定义I/O,英特尔eASIC和FPGA逻辑布局集成到一个芯片封装中。使用带有可复用IP的自定义逻辑继续体,英特尔为客户供给了从FPGA到布局化ASIC的迁移路径。一个API供给软件友好型异构编程情况,支持软件开拓职员轻松发挥FPGA的上风实现加速。

这两个厂商在宣布的时刻,无一不谈到了人工智能、边缘谋略和数据中间这些关键字,这也将是他们这些头部玩家说聚焦的关键点。

FPGA市场和技巧的新变更

FPGA近来几年正在面临一些新的变更。

首先从市场方面看。在FPGA被发现出来之后的早期成长阶段,市场上涌现出了不少的FPGA开拓商。颠末多年的吞并成长后,FPGA市场出现了Xilinx和Altera等分秋色,LatticeActel则在阴郁抢占市场份额。别的,还有如Achronix和Tabula等FPGA始创企业伺机抢食的场所场面。

但这种场所场面在Altera于2015被Intel斥资167亿美元收购以来彻底改变。

众所周知,先辈工艺对FPGA是异常紧张,谁先来到一个新的工艺节点,谁就能盘踞很大年夜的上风,这会带来高人一筹的设计,市场份额随之增添。而Xilinx自从在28nm工艺的时刻从UMC转向TSMC之后,并在这个节点上领先Altera之后,这坚决了他们的信心。在20nm的时刻,Xilinx更进一步,拉大年夜和Altera的差距。

反不雅Altera,在被Intel收购之后转向了IDM巨子的14nm工艺,但却导致了Altera被推迟,但竞争对手Xilinx却在TSMC 16nm的赞助下,建立起大年夜幅度领先的上风。虽然后来Intel在14nm FPGA上体现不赖,也新近发了10nm的Agilex。但我们可以看到,Xilinx凭借先发上风,已经拿下了很多市场。从股价上看,在英特尔收购Altera之前,Xilinx的股价相对停滞,但今朝它的股价是Altera被收购前的数倍。

Xilinx从2013年到现在的股价走势

我们也可以看到,在Altera被收购之后,还有两家FPGA厂商也获益不少:

2010年MicroSemi以4.3亿美元收购了Actel,但这两家企业最初的整合有点坎坷,但现在的Actel现在是MicroSemi的领先的可编程产品,去年MicroSemi被MicroChip以83亿美金收购;

2017年,Canyon Bridge(一家中国支持的私募股权公司)计划以13亿美元(合每股8.30美元)收购LatTIce Semiconductor,这笔买卖营业在激发美国国防部官员担忧后被否定。到2019年,自力运营的LatTIce Semiconductor仍在飞速成长,其股价已跨越每股13美元。

LatTIce从2015年到现在的股价走势

至于其他始创公司,尤以得到英特尔投资和制造协议的Achronix体现最为出色。他们最初以英特尔的22nm工艺起步,但为了与Xilinx竞争,公司迁移到台积电的16nm和7nm工艺,这也赞助他们在2018年得到了过亿美元的营收。

来到技巧方面,京微齐力开创人王海力奉告半导体行业察看记者,现在的FPGA已经从单一的逻辑,成长成为富厚内涵的系统上的逻辑,技巧内涵越来越大年夜,包括的器械越来越多,厂商也把CPUGPU、AI、ASIC、memory和高带宽的I/O都席卷进去了,FPGA开始成为集大年夜成者。

王海力指出,在这种系统高度整合的成长趋势下,同时得益于先辈工艺(如10nm及以下)技巧的推动下,假如FPGA厂商只做pure的FPGA,意义并不大年夜,尤其是在5G通信,人工智能和数据中间领域等新兴利用领域。在他看来,纯真追求逻辑资本(LUT)的规模,已经不再是FPGA未来的成长重点。未来的FPGA会合成越来越多的异构单元,在先辈节点上实现强大年夜的谋略内力与机能、超高的存储带宽能力和I/O处置惩罚能力,当然同时也带来更高资源和功耗的寻衅。

此外,王海力也表示,从Xilinx后续的结构看,FPGA厂商对软件方面的投入是异常伟大年夜的,除了对象EDA内核(综合,结构布线)外,还包括各类面向利用的编译器,仿真模型,加速模型和适配器,软件处置惩罚的能力也越来越大年夜。

“FPGA公司开始徐徐转型成为一个面向利用的‘软件’公司,更注重软件的处置惩罚能力,以及快速构建并处置惩罚利用生态的能力,这是一种弗成逆的趋势”,王海力说。

国产FPGA该若何成长

毫无疑问,现在的FPGA依然是国外厂商的世界。

据国盛证券钻研所统计显示,FPGA市场高度集中,行业前五则盘踞了举世约为88%的市场份额,而Xilinx和Altera(已被Intel收购)两家则合计盘踞跨越70%的市场空间。

2017年FPGA市场的份额

但一方面,据行业阐发师称,得益于云真个AI需求的增添,物联网、移动设备、汽车和高档驾驶员帮助系统(ADAS)以及无线收集(5G)的增长,估计FPGA的市场规模将从2017年的60亿美元上升到2026年将靠近120亿美元,年复合年增长率为7%;另一方面,海内还有国产替代的需求。在这两个身分的推动下,海内涌现出了京微齐力(已收购京微雅格)、广东高云、上海安路、紫光同创、西安智多晶和上海AGM等一大年夜批专注于破费、显示、工控等市场的国产厂商投身此中,还有其他如58所、772所、深圳国微、成都华微和复旦微,此中有做到28nm FPGA芯片供军工市场应用。

不过从现状看来,虽然国产FPGA厂商不停有加大年夜投入,但跟着Xilinx和Intel先后推出的大年夜杀器之后,海内厂商与FPGA头部两家公司的差距着实正在进一步拉大年夜。王海力也表示,国外厂商已经在进一步加大年夜系统整合和软件支配能力,但我们国产FPGA还主要集中在办理根基EDA软件对象和富厚产品线这两方面的事情。

从FPGA技巧方面,首先看制程方面,如上所述,Xilinx已经跨进了7nm期间,但现在海内的厂商主要还停顿在40nm产品层面。虽然这些厂商也都在进攻28nm,但据懂得,他们要到今年下半年或明年上半年才会陆续推出相关产品,而量产则必要到明年下半年以致后年上半年才能慢慢实现。

但王海力也表示,我们国产FPGA正在拉近与Lattice等厂商的间隔,国产FPGA也正在慢慢吞噬Lattice和一部分小容量的Xilinx/Intel的市场和客户。替代10K/20K逻辑处置惩罚和CPLD市场,在LED显示以及破费屏显等方面,海内客户也开始斟酌海内FPGA厂商的芯片与规划。

对付国产FPGA的未来成长,王海则觉得,海内厂商仍需坚持走自立可控+自立立异这条路,在FPGA内核、异构谋略技巧、芯片工艺制程与封装实现、EDA对象链与软件处置惩罚能力、以及利用软IP扶植等多方面下苦功夫,慢慢构建国产FPGA芯片+利用生态圈。当前举世集成电路的成长出现交融互动、综合竞争、超过立异的特征,高端FPGA芯片的竞争已不纯真是FPGA芯片自身的竞争,而更多地体现在其芯片根基架构与软件对象与利用渗透上的立异,以及与FPGA芯片协同的高低游财孕育发生态扶植上的竞争。每一位国产FPGA从业者任重而道远!

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