中端市场出现填空机遇 FPGA未来局势分析

中端市场出现填空机遇FPGA未来局势分析前几年，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。汇总Intel（Altera）的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ARMCotexA9的核；IntelArria10系列：支持DDR4存储器接口的FPGA，硬件设计人员可以使用QuartusII软件v14.1，在Arria10FPGA和SoC设计中实现666MbpsDDR4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Intel10SuperFin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Intel7工艺，封装规格更小、逻辑密度更高的AgilexD系列和SundanceMesa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。汇总Microchip（Microsemi）的FPGA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、5Gbps收发器等模块；SmartFusion2SoCFPGA在单一芯片上集成了可靠的flash-basedFPGA架构、ARMCortex-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12.7GSERDES，在普通接口上可接入多路以太网；PolarFire2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。汇总AMD（Xilinx）的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16nmFinFET工艺的ArtixUltraScale+AU7PFPGA；Kintex系列：定位于高端市场，包含有28nm工艺的Kintex7系列，20nm的Kintex7Ultrascale系列，还有16nm的Kintex7Ultrascale+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Virtex7Ultrascale系列，还有16nm的Virtex7Ultrascale+系列；全可编程SoC和MPSoC系列：包括有Zynq-7000和ZynqUltraScale+MPSoC系列FPGA、内嵌有ARMCortex系列CPU；AIEngine系列：VersalACAP、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Xilinx7系列产品的生命周期将延长至2035年，而部分Xilinx7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。中端市场出现填空机遇随着头部厂商的策略调整，中端FPGA市场（100k~500k逻辑单元的FPGA）出现市场空缺，国内外的厂商嗅到机遇，纷纷布局中端FPGA市场，包括Lattice、安路科技等。Lattice：首次发布500K逻辑单元的Avant系列Lattice是全球领先的低功耗FPGA供应商，也是全球FPGA市场的第四名，公司的FPGA产品在低功耗、小尺寸方面应用广泛。2022年12月，Lattice面向网络边缘应用市场，发布首个超过100K逻辑单元的产品系列——Avant系列，剑指Intel（Altera）的ArriaVGZ（450k逻辑单元）和AMD（Xilinx）的Kintex-7（478k逻辑单元），尝试将其擅长的低功耗架构、小尺寸和高性能优势拓展到中端FPGA领域。汇总Lattice的FPGA产品系列包括：ECP系列：为Lattice自己的开发的FPGA系列，提供低成本，高密度的FPGA解决方案，而且还有高速Serdes等接口，适用于民品解决方案居多；ICE系列：为收购SilioncBlue的超低功耗FPGA，曾用在iPhone7里面，实现了FPGA首次在消费类产品中应用，不过随着手机等消费产品走向成熟，正逐渐被ASIC所替代，这也是ICE40定位比较尴尬的地方；Crosslink系列：包括Crosslink和升级款Crosslink-NX，拥有MIPI硬核（1.5Gbps/lane）是该系列FPGA市场走俏的重要因素，而Crosslink-NX作为行业领先的嵌入式视觉FPGA，逻辑单元从之前发布的Certus-NX的17K提升到了96K，其MIPI硬核每个lane达到2.5Gbps，软核每个lane1.5Gbps，同时有PCIe硬核和ADC，在高端视频接口处理领域用的非常多；Certus系列：Certus-NX被视为重新定义了通用FPGA，LVDS速率可达1.5Gbps，DDR3可以支持到1066Mbps，拥有PCIe硬核和ADC硬核，功耗方面的表现非常优秀；而CertusPro系列属于Lattice下面比较高级的通用FPGA产品，是Certus-NX的升级款；Mach系列：替代CPLD，实现粘合逻辑的最佳选择，现已升级至第二代安全FPGAMach-NX，此外还有同样专注于控制安全领域的MachXO3、MachXO3D、MachXO5-NX等产品，其中MachXO5-NX是增强型监测和控制FPGA；Avant系列：采用台积电16nmFinFET工艺，逻辑单元（LC）容量达到500K，Avant-E系列芯片拥有高达25Gbps的可配置SERDES、支持硬核PCIeGen4、高性能I/O和高速存储器接口支持，包括LPDDR4和DDR5。安路科技：推出更高阶的凤凰系列产品根据Frost&Sullivan的数据，以出货量口径统计，2019年公司FPGA芯片在中国市场排名第四，在国产品牌中排名第一。2022年12月，面向通信基础设施、医疗、工业和消费电子等对尺寸、重量、功耗和成本比较敏感的市场，安路科技推出更高阶的凤凰系列产品，包括PH1A60、PH1A90、PH1A180，被认为是挺进中容量FPGA市场的能力表现。汇总安路科技的FPGA产品系列包括：Phoenix（凤凰）系列：属于安路科技旗下的高性能FPGA，产品架构支持100K~600K等效逻辑单元，其中最新的PH1A系列采用28nm工艺，SERDES支持4到8lane，支持25Gbps到12.5Gbps的通道速率，支持多种协议，集成PCIe硬核，支持GEN1/2/3，支持X1、X2和X4模式，支持DDR3、DDR4存储接口，部分型号的最大速率达到1866Mbps，部分型号支持MIPIDPHY-RX，线速率达5Gbps；Eagle（猎鹰）：属于安路科技旗下的高效率FPGA，逻辑容量5.8K-20K，其中EAGLE-20采用55nmCMOS工艺和LUT4/5混合逻辑架构，静态电流低至4mA，具有22K等效逻辑单元，1MbitsBRAM容量，29个DSP，专门设计的1Gbps高速LVDS接口，集成12bit1MspsADC，专用电源监控单元，多重启动功能等针对显示驱动、工业控制等市场对FPGA的差异化功能需求；ELF（小精灵）系列：属于安路科技旗下的低功耗FPGA，最新的EF3LA0采用55nm工艺，最多支持475个用户I/O，定位于通信、工业控制、服务器市场和新能源设备行业。当然想要进入中端FPGA市场，以及付诸行动的绝对不止Lattice和安路科技两家，受文章篇幅限制，我们此处不再多举例。中端市场风向变化前面讲到了FPGA大厂跟着母公司策略走，头部都在往高端市场加大投入。然而时移世易，随着边缘侧嵌入式场景和AI的结合越来越紧密，对FPGA的需求量不断攀升，加上边缘侧对FPGA提出了更高性能、低功耗的需求，原本追逐高端市场的厂商又开始返回中端市场来竞争。Lattice方面曾在Avant系列发布会上预测：“Avant系列推出将给Lattice带来30亿美元的增量收入”。而Avant系列的推出就是为了解决客户在网络边缘面临的一些关键挑战，这意味着边缘市场的容量相当可观。而Intel（Altera）在走高端路线几年后，市场份额急剧下降，其中中端市场是其失利的一大战场。因此，2022年11月，英特尔宣布大力布局边缘和中端市场，并同步推出基于Intel7制程工艺的面向中端FPGA市场的AgilexD系列和面向边缘、嵌入式等应用场景的SundanceMesa系列FPGA产品。Intel数据中心与人工智能集团副总裁可编程解决方案事业部产品营销总经理DeepaliTrehan表示：“市场需求时刻变化，几年前AI工作负载可能被归类于高端应用，而今天AI正在被广泛应用于边缘和嵌入市场，更像是中端需求。尽管前几年，Intel推出的FPGA产品都更侧重高端应用市场，但随着AgilexD系列FPGA和代号SundanceMesa的全新AgilexFPGA的推出，英特尔将会更多关注中端应用市场。”“此外，高端和中端FPGA之间的区分会越来越趋向于模糊，中端FPGA将向着更高的性能和更低的功耗发展，这意味着之前的高端FPGA将延伸到中端应用中。”DeepaliTrehan补充道。FPGA未来局势如何？Lattice上海有限公司副总裁/中