FPGA聯盟，現狀還不明朗

FPGA行業，競爭加劇。

目前，由於一些關鍵參與者的動盪，FPGA 聯盟和市場的狀況尚不明朗。與此同時，無論是高端、中端還是低成本，新型 FPGA 的前景都從未如此好過。這的確是喜憂參半的消息，但對基於 FPGA 的系統設計人員來說，這預示着好事。

高端產品的變化更多

我們先來談談 FPGA 領域的不確定性。今年 2 月，英特爾宣佈將分拆其 FPGA 製造部門——英特爾可編程解決方案事業部 (PSG)，使其成爲一家準獨立公司。該公司將該部門恢復爲原名Altera，但使用了新的標語："英特爾旗下的公司"。

英特爾最初於 2015 年以 167 億美元收購了 Altera。顯然，英特爾首席執行官帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 已經意識到，在公司與 AMD 長達數十年的 x86 霸主地位爭奪戰中，製造 FPGA 只不過是一種消遣。

基辛格需要讓英特爾重回 x86 的領導地位，因此他正在實施一系列相當痛苦的成本削減措施，包括大規模裁員和將 Altera 趕出公司。Altera 的新任首席執行官、前英特爾高管桑德拉·里維拉 (Sandra Rivera) 表示，Altera 正在尋找投資者購買該公司的少數股權，Altera 計劃在 2026 年進行 IPO。

英特爾 PSG 不得不使用英特爾專有的新型半導體工藝和EDA 工具，這些工藝和工具針對製造處理器（英特爾的主營業務）進行了優化，這讓英特爾 PSG 苦不堪言。FPGA 不是處理器。相反，它們塞滿了連接片上邏輯和內存的稀疏塊的路由網絡。

從構造上看，FPGA 幾乎與處理器完全相反，處理器依靠密集的邏輯和最短的路由網絡來實現高性能。過度優化的半導體制造工藝（用於製造處理器，英特爾的主要產品）對於製造 FPGA 來說必然不是最佳的。

與此同時，AMD 總裁 Victor Peng 於 8 月退休。Peng 曾擔任賽靈思首席執行官。他於 2022 年 2 月將公司出售給 AMD，他的退休和離開 AMD 使該公司的 FPGA 製造業務陷入了一種不確定的狀態，因爲 Peng 是 AMD 最堅定的 FPGA 支持者，他捍衛着自己在賽靈思擔任可編程平臺開發高級副總裁時建立的遺產。他可能是 AMD 高管團隊中唯一的 FPGA 支持者。

許多觀察人士認爲，AMD 在 2022 年收購賽靈思只是模仿英特爾收購 Altera 的舉動，有點像 1946 年百老匯音樂劇《安妮拿起槍》中的一句歌詞："你能做的任何事，我都能做得更好。"

雖然 AMD 還沒有放棄賽靈思的跡象，但就目前而言，該公司花了七年時間才追隨英特爾的腳步，收購了剩下的獨立 FPGA 領跑者。當然，AMD 的情況有些不同。AMD 從臺積電購買處理器和 FPGA 晶圓，因此 FPGA 產量有可能助 AMD 從臺積電獲得更大的批量折扣，而不是干擾處理器製造。

儘管存在這些不確定性，Altera 和 AMD 仍在 FPGA 領域繼續較量。Altera 正在對其產品線進行現代化改造，並明智地將所有三個 FPGA 層級（高端、中端和低端成本優化）遷移到統一的 Agilex 品牌。從開發的角度來看，這意味着高端 Stratix、中端 Arria 和低端 Cyclone 和 MAX FPGA 的生命週期已到盡頭。

在分拆之前，英特爾 PSG 曾承諾 Cyclone FPGA 的產品供應將持續到 2035 年，但這些器件的平均售價並不能保證。維護舊工廠以供應這些老化部件的成本越來越高，而且根據 FPGA 的以往歷史，這些成本將轉嫁給買家。

過去一年，AMD 和 Altera 的高端 FPGA 系列都沒有太大變化。AMD 的頂級 7 納米 Versal FPGA 於 2018 年發佈，並於 2021 年全面投產——當時 AMD 尚未收購賽靈思。英特爾於 2023 年初宣佈推出基於英特爾 7 工藝（最初稱爲 10 納米 SuperFin 工藝）的頂級 Agilex 7 FPGA，當時這些器件已經投入生產。自推出以來，AMD 和英特爾一直在爲其高端 FPGA 系列注入新成員。

請注意， AMD/Xilinx Versal的生產公告和英特爾 Agilex 7 的生產日期之間大約相隔兩年。這一差距爲英特爾爲何要分拆 Altera 提供了線索。自從 2013 年 Altera 選擇英特爾作爲其未來 14 納米 FinFET FPGA 的半導體代工廠以來，Altera（以及後來的英特爾 PSG）在進入下一個工藝節點時一直落後於賽靈思（現爲 AMD）。

這種滯後的一個可能解釋是，英特爾的處理器可以優先使用新的工藝節點，而 AMD 近 15 年來的主要代工廠臺積電只要客戶支付臺積電的價格，就可以使用其最新的工藝節點。

儘管 2024 年 FPGA 設計的前沿領域沒有太多變化，但 FPGA 市場的低端領域卻發生了許多變化。Altera 於 2023 年 10 月發佈了低端 Agilex 3 FPGA 系列，目前計劃於 2025 年投產。與此同時，AMD 於 2024 年 3 月宣佈推出 Spartan UltraScale+ FPGA 系列，計劃於 2025 年中期投產。（AMD 的低端 FPGA 產品品牌 Spartan 與其之前最先進的 FPGA 工藝節點 UltraScale+ 的搭配，給人一種奇怪的不協調感）

行動是在低端

多年來，AMD/Xilinx 和 Altera/Intel 都很少關注中端和低端 FPGA，而是更願意專注於高端、高利潤的設備。儘管他們在中端和低端市場中的大多數舊 FPGA 仍然非常適合各種嵌入式設計，但這些設備現在至少已有 10 年曆史，而且已經過時了。這種對較便宜的 FPGA 系列缺乏關注的做法引起了另外兩家 FPGA 供應商 Lattice 和 Microchip 的注意，這兩家公司推出了新產品來參與這些市場的競爭。

2024 年，萊迪思半導體宣佈其低端 Certus-NX FPGA 系列新增成員，採用低功耗 28 納米 FD-SOI 工藝製造。Certus-NX FPGA 不大。最大的有 39,000 個邏輯單元。新的 Certus-NX-09 和 Certus-NX-28 FPGA 較小，分別有 9,000 個和 28,000 個邏輯單元。萊迪思將於 2022 年底宣佈其基於臺積電 16 納米 FinFET 工藝節點的中端 Avant FPGA 平臺和 Avant-E 產品系列。Avant-E 系列現在包括具有多達 637,000 個邏輯單元的設備，並且沒有高速 SerDes 收發器。

此後，萊迪思繼續推出新的 Avant FPGA 系列，包括配備 12.5Gbps SerDes 收發器的 Avant-G 系列和集成 25Gbps SerDes 收發器和支持 PCIe Gen4 x8 連接的硬件鏈路層的 Avant-X 系列。萊迪思宣佈將於 2023 年末推出 Avant-G 和 -X FPGA 系列樣品部件。這些中檔 FPGA 直接與 28 納米 AMD Kintex 7 和 20 納米 Altera Arria 10 FPGA 競爭，這兩款產品都有十多年的歷史了。16 納米 AMD Kintex UltraScale+ FPGA 系列只是稍新一點，於 2015 年推出。

經常被忽視的 FPGA 廠商 Microchip 於 2023 年初發布了基於 28 納米 SONOS 工藝技術的中端 PolarFire 2 SoC FPGA 系列。PolarFire 2 SoC FPGA 與最初的賽靈思Zynq 7000 和 Altera 的 Cyclone V SoC FPGA 直接競爭，這兩款產品均於 2011 年發佈。得益於 2018 年收購 Microsemi，Microchip 繼承了可追溯至 Actel 和 FPGA 早期的可編程邏輯傳統。

Microchip 的 PolarFire 2 SoC FPGA 與 AMD 和 Altera SoC FPGA 在兩個關鍵方面有所不同。首先，28 納米 SONOS 工藝允許 Microchip 將非易失性配置存儲器與其他 SoC FPGA 元件直接集成在芯片上，這樣就無需使用外部配置 EEPROM，從而減少系統級零件數量和成本。

其次，PolarFire 2 SoC FPGA 集成了五個 64 位 SiFive RISC-V 處理器內核，而不是 AMD 和 Altera 較舊的 SoC FPGA 中的一兩個古老的 32 位 Arm Cortex-A9 內核。2024 年，Microchip 宣佈推出一款低成本的 PolarFire SoC Discovery Kit，這是一塊帶有軟件的開發板，可大大簡化熟悉 SoC FPGA 等複雜新產品的任務。PolarFire SoC Discovery Kit 目前單個售價爲 132 美元。

未來競爭更加激烈

在一定程度上得益於萊迪思和 Microchip 推出的中端和低端 FPGA，Altera 和 AMD 現在對 FPGA 市場的這些領域表現出了新的興趣，Altera Agilex 3 和 AMD 的 Spartan UltraScale+ 和 Kintex UltraScale+ 公告就是明證。

整個 FPGA 行業都受益於競爭的加劇。隨着舊生產線的貶值，較新但非尖端的半導體工藝仍有很大的發展空間，可用於這些對成本更敏感的 FPGA 細分市場。同時，開發下一代尖端工藝節點的競爭也爲高端 FPGA 細分市場提供了充足的增長機會。

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