FPGA 江湖，山雨欲來

作者：時間：2023-10-13 來源：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

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前不久，英特爾通過官網(wǎng)宣布將負責(zé)開發(fā)英特爾的 Agilex、Stratix 和其他 FPGA 產(chǎn)品的可編程解決方案部門（PSG）剝離，作為獨立業(yè)務(wù)運營，目標(biāo)是在兩到三年后 IPO 中出售部分業(yè)務(wù)。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202310/451507.htm

當(dāng)英特爾正式宣布分拆 FPGA 業(yè)務(wù)時，FPGA 江湖的風(fēng)又開始飛揚。

FPGA 江湖之爭

FPGA 起源

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是可重構(gòu)的計算機芯片，可以通過編程實現(xiàn)任何數(shù)字硬件電路。FPGA 可以在制造后重新編程以模擬數(shù)字電路，非常適合在批量生產(chǎn)前制作新功能的原型，或者服務(wù)于對于定制芯片來說不經(jīng)濟的罕見用例。

在集成電路的歷史上，能夠?qū)崿F(xiàn)這個功能的器件并非只有 FPGA，但 FPGA 是目前為止商業(yè)上最成功的。

二十世紀 70 年代時，如果有人想要在某些實際硬件上制作原型并測試其邏輯功能，那么他們基本上只有兩種選擇。一種是 TTL 芯片，但是 TTL 芯片會受到電路板尺寸和功耗限制的限制。另一種是定制芯片（ASIC），但是定制芯片會產(chǎn)生大量的前期成本。因為需要要支付光掩模費用，然后等待數(shù)月的制造時間。如果在設(shè)計中犯了一個錯誤，那么就無法準確地編輯 JS 文件并重新編譯。

1980 年，Altera 成立了。Altera 率先推出了復(fù)雜可編程邏輯器件，可以采用一堆較小的 PAL，并使用交叉連接將它們連接起來，以提高可擴展性。Altera 的復(fù)雜可編程邏輯器件向前邁出了一步。

之后，賽靈思創(chuàng)立了并且發(fā)布了第一款 FPGA，Xilinx XC2064。XC2064 是一款大型芯片，約有 85,000 個晶體管，排列成 64 個可配置邏輯塊和 58 個輸入/輸出塊。雖然從今天來看不足為奇，但第一款 FPGA 還是在市場上站穩(wěn)了腳跟。

之后，隨著晶體管成本大幅度下降以及獨立代工工廠的出現(xiàn)，F(xiàn)PGA 踩中了技術(shù)和商業(yè)的交叉點，開始蓬勃發(fā)展。

Altera 和賽靈思的壟斷時代

賽靈思和 Altera 不斷推出新產(chǎn)品，提高邏輯密度和性能，并積極與客戶合作開發(fā)定制解決方案，不斷占據(jù)市場份額。使得全球 FPGA 市場一度形成雙寡頭壟斷格局，這兩家企業(yè)占據(jù)了近 90% 的市場（賽靈思以 56% 的占有率排第一、Altera 以 31% 的占有率排第二）。

賽靈思和 Altera 兩家引領(lǐng)者修筑專利壁壘，手握近 10000+核心專利，強大的專利壁壘使得 FPGA 的進入門檻很高。

近 40 年來，先后有超過 60 家以上的公司從事過 FPGA 技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)，其中包括英特爾、IBM、AMD、TI、GE、AT&T、摩托羅拉、朗訊、三星、東芝、飛利浦等實力雄厚的大公司，但絕大多數(shù)在耗費了上億美元后功虧一簣。

圍繞數(shù)據(jù)中心，F(xiàn)PGA 龍頭的「被收購」時代

不過，自研不成靠「收購」。接下來的時間里，F(xiàn)PGA 兩大巨頭相繼被英特爾和 AMD 收購。

遙想 2015 年時，x86 還在數(shù)據(jù)中心計算占據(jù)絕對壟斷地位，現(xiàn)金充裕的英特爾斥資 176 億美元收購了 FPGA 制造商 Altera。在 Altera 的基礎(chǔ)上，英特爾成立了可編程事業(yè)部。在接下來的多年中，英特爾建立了令人矚目的 FPGA 業(yè)務(wù)。

英特爾收購 Altera 的一個重要原因就是，希望通過增加數(shù)據(jù)中心高利潤芯片產(chǎn)品，彌補個人電腦（PC）領(lǐng)域需求放緩帶來的影響。在收購的三年后，英特爾宣布旗下 FPGA 已經(jīng)被正式用于主流數(shù)據(jù)中心 OEM 廠商中。

FPGA 的江湖仍在變換，隨著 2022 年 AMD 正式官宣對賽靈思的收購，宣布了「一個時代的結(jié)束?！?/span>

在收購時，AMD 總裁兼首席執(zhí)行官蘇姿豐表示，通過收購賽靈思，AMD 能進一步擴展一些關(guān)鍵市場，如數(shù)據(jù)中心市場，以及 5G 通信、汽車、工業(yè)、航空航天和國防市場。AMD 同樣希望依靠賽靈思的 FPGA 補足數(shù)據(jù)中心的能力。

至此，英特爾收購 FPGA 排名第二的 Altera，AMD 收購排名第一的賽靈思，F(xiàn)PGA 的新江湖開始了。

FPGA 不死

這么來看無論是英特爾還是 AMD，都早早將目標(biāo)瞄準了數(shù)據(jù)中心市場。

目前，數(shù)據(jù)中心有兩個主要趨勢：第一，數(shù)據(jù)流量的增加；第二，計算密集型應(yīng)用程序的增加。這其中主要的挑戰(zhàn)就是，數(shù)據(jù)中心不僅必須能夠處理增加的數(shù)據(jù)和更嚴格的計算，而且需要使用更低的功耗和更高的性能。

數(shù)據(jù)中心一直是 FPGA 被寄予厚望的市場。FPGA 的可重構(gòu)性和并行處理能力可以無縫集成到現(xiàn)有的 HPC 基礎(chǔ)設(shè)施中，補充傳統(tǒng)的基于 CPU 的集群和基于 GPU 的系統(tǒng)。通過將特定任務(wù)卸載到 FPGA，HPC 系統(tǒng)可以實現(xiàn)更高的性能、更低的功耗并提高效率。

在數(shù)據(jù)中心，F(xiàn)PGA 相比 GPU 的核心優(yōu)勢在于延遲。微軟亞洲研究院的李博杰曾舉例，像必應(yīng)搜索排序這樣的任務(wù)，如果使用 GPU 來加速，要想充分利用 GPU 的計算能力，batchsize 就不能太小，延遲將高達毫秒量級。使用 FPGA 來加速的話，只需要微秒級的 PCIe 延遲。

因此，很多企業(yè)都在部署 FPGA。目前，阿里云、騰訊云、百度云等國內(nèi)云服務(wù)公司都已經(jīng)在硬件加速方面選用 FPGA。比如，我們看到騰訊于 2017 年就曾推出國內(nèi)首款高性能異構(gòu)計算基礎(chǔ)設(shè)施 FPGA 云服務(wù)器，這款采用異構(gòu)計算架構(gòu)的云服務(wù)器相較于傳統(tǒng) CPU 服務(wù)器，性能提升在 30 倍以上。目前，在騰訊云的硬件基礎(chǔ)設(shè)施里，F(xiàn)PGA 已經(jīng)在計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲三大重要節(jié)點充當(dāng)加速器角色。

依據(jù)賽靈思在被收購之前發(fā)布的 2022 財年 Q3 財報顯示，數(shù)據(jù)中心分部對于公司的收入占比為 11%，其份額每個季度都在穩(wěn)健增加，年增速則為 81%。

英特爾拆分 FPGA，F(xiàn)PGA 風(fēng)雨欲來

回到英特爾拆分 FPGA 這件事上，負責(zé)英特爾 FPGA 的部門就是可編程解決方案部門（PSG）。

受到個人電腦市場衰退影響，英特爾最近的營收表現(xiàn)略顯疲軟。2023 財年一季度創(chuàng)下今 13 年最低季度收入，且連續(xù)虧損的情況，但是這個部門的營收表現(xiàn)一直不錯。

雖然在 2022 年第一季度，英特爾停止將 PSG 作為獨立的財務(wù)部門。依據(jù)此前披露的數(shù)據(jù)來看，這個部門平均每個季度的收入非常穩(wěn)定，在 5 億美元左右，甚至在截止公布前的最后幾個季度還還創(chuàng)下了 7 億美元的記錄。

2022 年英特爾 FPGA 的市場規(guī)模達到 90 億美元，根據(jù)目前的出貨量，2023 年更是可以達到 100 億美元。

目前，已經(jīng)發(fā)布的的 Agilex 系列中，已經(jīng)面世的只有 50k 邏輯門以上的 Agilex 5、Agilex 7 和 Agilex 9，其中 Agilex 9 是為 Direct RF 高速應(yīng)用打造的，結(jié)合了英特爾最先進的 AIB 和 EMIB 制造技術(shù)，今年推出 Agilex 3 FPGA 系列。

因此，英特爾之所以剝離 PSG，并不是因為該業(yè)務(wù)部門表現(xiàn)不佳或處于商品化、低利潤的市場，而是認為如果沒有英特爾龐大的業(yè)務(wù)和壓力，PSG 的表現(xiàn)可能會更好。

英特爾認為 PSG 一直未能滿足 FPGA 真正高增長、高盈利的市場需求，例如工業(yè)、汽車、國防和航空航天。根據(jù)英特爾提供的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA 全球市場未來五年的年復(fù)合增幅或在 9% 以上，由 2023 年的 80 億美元擴大至 2027 年的 115 億美元。

香農(nóng)?波林（Shannon Poulin）是為 PSG 首席運營官 (COO)。在一年前，香農(nóng)?波林與外媒記者交流時承認 PSG 在 FPGA 產(chǎn)品方面存在問題，并且未能跟上滿足供應(yīng)商需求的步伐。香農(nóng)?波林表示，英特爾既沒有可用的產(chǎn)品，也沒有針對現(xiàn)代制造工藝的低端市場的 FPGA 產(chǎn)品組合。

除了剝離 PSG，英特爾還計劃 2-3 年內(nèi)進行 IPO。這個舉措有一點 Mobileye 的影子，也就是英特爾保持多數(shù)股權(quán)，同時仍然釋放該業(yè)務(wù)部門以更獨立地運營。這樣一來，PSG 就可以自由地調(diào)整公司的產(chǎn)品組合和定位，以便最好地服務(wù)于更廣泛的 FPGA 市場，而不僅僅是英特爾以數(shù)據(jù)中心為中心服務(wù)。

此外，從長遠來看，英特爾可以將成功首次公開募股的利潤收入囊中，同時減少一個需要管理的業(yè)務(wù)部門，從而使英特爾能夠?qū)①Y金和時間投入到自己更優(yōu)先的企業(yè)（例如晶圓廠）中。

自從兩年前任命現(xiàn)任首席執(zhí)行官帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 以來，英特爾已經(jīng)出售或剝離了多個業(yè)務(wù)部門，包括 SSD 業(yè)務(wù)、NUC 迷你 PC 業(yè)務(wù)、Mobileye ADAS 部門等。通過關(guān)閉活著出售非核心業(yè)務(wù)，繼續(xù)將戰(zhàn)略中心聚焦于 IDM 2.0。