中端FPGA着重考量低成本和低功耗 未来竞争向平台生态展开

中端FPGA着重考量低成本和低功耗未来竞争向平台生态展开在并购浪潮的裹挟下，半导体从业者也更加小心翼翼，如履薄冰。就算在“曲高和寡”的小众FPGA市场，也已变数重生，早先被赛灵思、Altera、莱迪思（LatTIce）和美高森美（Microsemi）瓜分的座次已然“变脸”：Altera前年被英特尔（Intel）耗费167亿美元收购变身为英特尔PSG事业部，中资背景的基金CanyonBridge以13亿美元纳入莱迪思，而美高森美是在2011年收购Actel入围FPGA战局，亦有传闻高通提议150亿美元并购赛灵思。虽然格局扑朔，但伴随着物联网、5G通信、大数据、机器人、无人机的兴起，FPGA市场前景愈加广阔。据Gartner统计，从2014年到2023年，FPGA的年均增长率达7%。对于置身其中的厂商而言，如何从战略上巩固优势、战术上左右捭阖才能从长计议。1、FPGA路线泾渭分明中端FPGA将成利基翻阅FPGA的历史，会发现从IBM、东芝、三星电子、摩托罗拉及飞利浦等业者，过去10多年来均未能成功跨足FPGA芯片市场，甚至英特尔亦以耗费167亿美元的代价收购Altera后才算正式涉足这一市场。究其原因，最关键的是现存业者以近9000个专利构建出一个高耸的专利围墙，后进者要分食全球FPGA芯片市场面临的阻碍与挑战可以想见。而在硕果仅存的赛灵思、Altera、莱迪思和美高森美“四大金刚”中，走的路线也泾渭分明：一方面占据高端市场赛灵思和英特尔PSG着力于拼技术、拼工艺，其FPGA往往采用最先进的工艺，并深挖工艺的潜力，已着手采用最先进的1Xnm甚至以下工艺。并且，由于采用更昂贵的先进工艺，一般会通过瀑布式的裁剪逻辑单元来配置中低端FPGA。另一方面，莱迪思和美高森美走的是低端FPGA路线，莱迪思以小尺寸、低功耗、低成本的FPGA抢占消费电子和物联网市场，其iCE40系列是世界上唯一的uWattFPGA。美高森美则通过收购Actel，积累了密度始于30KLE的IGLOO和ProASIC3可重编程非易失性产品线，以及始于150KLE的5G收发器的SmartFusion2和IGLOO2器件FPGA。随着市场的演变，以及定位的变化，这些厂商也在新一轮的角逐中硝烟再起。“随着通信、数据中心、工业4.0的发展，对1G到40G的带宽需求走高，成为中端FPGA的理想应用领域，但亦提出了低成本、低功耗、安全性和可靠性兼具的需求。”美高森美FPGA系统级芯片产品组高级产品线营销总监ShakeelPeera对记者如是说。从市场来看，中端FPGA将成新的“利基”市场。从目前产品来看，亦有足够的成长想象空间。ShakeelPeera分析说，选择中端器件时优先考虑收发器和功耗成本。赛灵思和英特尔PSG因要优先考虑推出先进工艺的高端产品，为摊销成本，一般会通过瀑布式由上而下“裁剪”来量产中低端产品，因而在成本和功耗方面会有“折衷”，导致效率的损失和成本的提升。而LatTIce主攻消费电子，收发器性能难以上靠10G，并且如进军中端市场需采用28nm工艺，这需要大量的投入，对于LatTIce来说稍有难度。2、中端FPGA着重考量低成本和低功耗看到市场的“空白”，近日推出的PolarFireFPGA成为美高森美进军中端FPGA的一大利器。从这款名字可以看出美高森美的“雄心”，因为PolarFire的直译基本就是“冰火相融”。而这款寄与厚望的产品出手已然不凡。ShakeelPeera称，FPGA优势体现在：一是低功耗，二是成本优化，三是出色的安全性和可靠性。具体来看，PolarFireFPGA功耗比竞争对手同类型FPGA降低多达50%，成效显著。ShakeelPeera解释说，这来自五方面的优化，一是静态功耗优化，采用NVM（非易失存储器）工艺带来比SRAM总体低十分之一的静态功耗，如100KLE器件为25mW;二是通常启动会带来浪涌，但PolarFire实现了零浪涌电流。三是创新性的收发器架构实现了功耗优化。四是其Flash*Freeze深度睡眠模式，允许更多的电路处于睡眠模式和立即唤醒模式。五是硬件IP支持，例如DDR和SGMIIPHY、PCIe等。这不仅可增加热冗余度，提升计算能力，此外还无需散热器和风扇，降低整体的运营和维护成本。PolarFireFPGA还具备全面的IP保护、信任根、安全的通信、防篡改等安全性优势，此外还配置单元的SEU免疫架构配置和在存储器上实现SECDED功能保护，提供业界最佳可靠性。“成本优化方面的决窍在于，一是采用最高性价比的、基于SONOS的28nmCMOS工艺，而非昂贵的HKMG或FinFET工艺。二是优化的架构，从I/O、收发器速率、LUT4架构、到存储器和DSP，均专门针对中带宽应用打造。三是收发器性能针对12.7Gbps收发器而优化，具更小尺寸和更低功耗。四是1.6GbpsI/O支持SGMⅡ，是业内唯一一款具有这项性能的中等密度器件。”ShakeelPeera分析说。“可以说，新的PolarFireFPGA系列重新定义了市场对于中等密度FPGA的认知。”美高森美副总裁兼业务部经理BruceWeyer强调说。而通过PolarFireFPGA器件，美高森美FPGA的潜在市场将扩展至有线接入和通信基础设施、国防和航空，以及物联网和工业4.0等应用，从原有的15亿美元市场扩展至25亿美元。3、未来竞争向平台生态展开但如今，FPGA的竞争早已脱离了狭义的“产品”。FPGA的“性价比”出色虽是第一要义，但归根结底，还需要平台生态的配合，涉及内涵的开发工具、系统级方案以及外延的渠道、营销以及服务等。对此美高森美也做了“万全准备”。ShakeelPeera介绍，在软件工具层面，美高森美LiberoSoC设计套件提供了全面并且易于学习使用和采纳的开发工具，便于开发人员提高生产率。1G以太网、10G以太网、DDR内存接口、AXI4互联IP及其它流行IP已可在PolarFireFPGA部署。系统化方案美高森美亦“成胸在足”。要知道，美高森美前年收购PMC将其业务扩展到电信、数据中心和云计算领域。ShakeelPeera认为，美高森美多元化的针对通信、存储和工业市场的ASSP，成为PolarFireFPGA的有力补充。如以太网联网技术组就使用了FPGA与其以太网PHY和交换芯片进行对接，而时序组则使用了带有锁相环（PLL）的FPGA支持网络计时应用。美高森美企业销售副总裁梁成志指出，看好中国通信及物联网、工业4.