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根據(jù)Frost&Sullivan的預(yù)測，全球FPGA需求將從2021年的68.6億美元增長到2025年的125.8億美元，年均復(fù)合增長率約達到16.4%。但從行業(yè)結(jié)構(gòu)的角度上來看，經(jīng)過近40年的發(fā)展，F(xiàn)PGA全球市場競爭格局已經(jīng)趨于穩(wěn)定。根據(jù)Gartner發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年AMD（Xilinx）、Intel（Altera）、Lattice和Microchip的市占率分別達51%、29%、7%和6%，加總后占據(jù)全球93%的FPGA市場。
然而，隨著Altera 和Xilinx先后被Intel 和AMD收購，這兩家巨頭開始往更高端的FPGA市場發(fā)展，從而配合母公司的數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略。今年9月，AMD宣布Xilinx 7系列產(chǎn)品的生命周期將延長至2035年，要知道有的Xilinx 7系列產(chǎn)品已經(jīng)在市場上耕耘了10年之久，這意味著在中端FPGA領(lǐng)域，AMD的戰(zhàn)略是維持舊有市場，而非增加投入。這對于原本在低端市場發(fā)展的FPGA廠商來說是不可多得的機遇。
近日，Lattice就推出了全新的Lattice Avant? FPGA平臺，目標(biāo)是將其擅長的低功耗架構(gòu)、小尺寸和高性能優(yōu)勢拓展到中端FPGA領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，Lattice或成為中端FPGA市場的填空和開拓者。
什么是中端FPGA？
通常來講，我們把100k及以下邏輯單元的FPGA稱為低端FPGA，100k~500k邏輯單元的FPGA稱為中端FPGA，500k以上邏輯單元的FPGA稱為高端FPGA。
對于FPGA來說，邏輯單元的排列設(shè)計和Fab工藝是要密切配合起來的，因此高、中、低端的FPGA采用的制程工藝也會有所不同，所以根據(jù)FPGA芯片的具體制程工藝，也能大致區(qū)分出它到底屬于高、中、低哪個層級。
我們以Lattice的產(chǎn)品為例，可以看到上一代Nexus系列采用的是28nm FD-SOI工藝，整個系列也屬于低端FPGA行列，更具低功耗優(yōu)勢；而近期推出的Avant系列采用的則是臺積電16nm FinFET工藝，整個系列就屬于中端FPGA行列。
當(dāng)然，有的小伙伴可能要問，為什么低端FPGA就不能用更先進的制程工藝，這難道是“市場歧視”？事實上并非如此，比如說100k邏輯單元的FPGA就不適合用16nm FinFET工藝，因為它的邏輯單元的Fabric面積不大，如果采用16nm可以做得很小，但外面的I/O沒辦法隨著工藝從28nm縮減到16nm，如此一來很多的die size會被浪費掉。
當(dāng)然，從低端FPGA迭代到中端FPGA，性能、功耗的改進肯定不止工藝方面的改進，更多地還和架構(gòu)有關(guān)。萊迪思半導(dǎo)體上海有限公司亞太區(qū)總裁徐宏來透露：“考慮到功耗和計算性能的平衡，Avant系列并沒有簡單地跟隨競爭對手的架構(gòu)，而是在fabric的架構(gòu)上做了一些創(chuàng)新，利用了優(yōu)化的LUT4架構(gòu)?！?/p>
市場上主流的三款中端FPGA產(chǎn)品對比
目前，之前市場上主流的中端FPGA產(chǎn)品主要有Intel的Arria V GZ（450k邏輯單元）和AMD的Kintex-7（478k邏輯單元）。現(xiàn)在可以加上Lattice的Avant系列了，因為對比這兩款產(chǎn)品，基于Avant 平臺的第一款產(chǎn)品Avant-E系列芯片功耗低了2.5倍，性能提高了2倍，封裝體積減小了6倍。
圖 | Lattice Avant與Arria V GZ、Kintex-7在功耗、性能和尺寸方面的對比
與此同時，在互連方面，Avant-E系列芯片還擁有高達25 Gbps的可配置SERDES、支持硬核PCIe? Gen 4、高性能I/O和高速存儲器接口支持，包括LPDDR4和DDR5。在軟件支持方面，Lattice還提供了易于使用的設(shè)計工具、參考設(shè)計和SDK、各類IP，以及針對特定應(yīng)用的解決方案集合，可以幫助客戶實現(xiàn)更高效的設(shè)計開發(fā)和更快的上市速度。
中端FPGA市場的重要機會
與之前Nexus系列相比，Avant芯片容量提高了5倍，帶寬提高了10倍，性能提升了30倍，更符合通信、計算、工業(yè)、汽車等領(lǐng)域的當(dāng)下需求，從而解決客戶在網(wǎng)絡(luò)邊緣面臨的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。Lattice方面預(yù)測，Avant系列推出將給Lattice帶來30億美元的增量收入，收入來源包括美國的存量市場和中國的增量市場等。
圖 | Lattice認(rèn)為Avant系列將帶來30億美元的增量收入
對于當(dāng)下的市場情況，萊迪思半導(dǎo)體上海有限公司副總裁/中國區(qū)銷售總經(jīng)理王誠表示：“通訊行業(yè)的聚焦性更強，主要聚焦在無線類、光類、核心網(wǎng)類這三個領(lǐng)域，通信行業(yè)要求越來越聚焦，但協(xié)議發(fā)展目前沒有大的變化，目前更多的只是擴容和升級，因此5G之后很多成功方案都是大的通信廠商的ASIC芯片，在成熟的通信領(lǐng)域FPGA的市場份額在下降?！?/p>
“和通訊行業(yè)不同的是，看似分散的工業(yè)領(lǐng)域反而會給FPGA帶來更多的機會。因為工業(yè)應(yīng)用雖然細(xì)分不同，但在FPGA的層面來看大的應(yīng)用又有一定的統(tǒng)一性，比如不管是機器視覺還是安防都是視覺接口，不管AI用到工業(yè)領(lǐng)域還是用到駕駛領(lǐng)域，很多都是算法，需要大量的DSP、協(xié)處理器、實時處理器、存儲器等，不管是邊緣的edge，還是邊緣的通訊，它都需要一個靈活的低功耗的應(yīng)用，在FPGA層面看來都是比較一致的需求。而且我們認(rèn)為目前大的接口也有越來越一致的方向，我們看到視頻接口以前是各種各樣的，比如說有HDMI、eDP、SDI等，而現(xiàn)在大家看到未來的視頻接口將越來越統(tǒng)一，就像手機上各種各樣的充電線最終都被TYPE-C所取代?！?/p>
王誠認(rèn)為，過去伴隨著通訊、3C行業(yè)和數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，F(xiàn)PGA市場的迭代速度是比較快的，但這幾年隨著FPGA在抽象層面的聚焦，疊加上先進工藝的投入產(chǎn)出比，迭代速度反而不像以前那么快了，因此FPGA靠技術(shù)迭代和產(chǎn)品迭代得到產(chǎn)品競爭優(yōu)勢的時代可能在逐漸淡去，未來FPGA的營收或市場的方向應(yīng)該是貼近市場化。
關(guān)于貼近市場化這個觀點，最典型的是中國市場。Lattice表示其當(dāng)下FPGA在中國的市場定位可以分為兩類，一類是針對中國客戶靈活的市場細(xì)分，即通過深入的封測配合和Chiplet等手段完成客戶功能的疊加，同時解決客戶在產(chǎn)品尺寸和成本上的痛點，幫助其加快市場反應(yīng)速度；另一類是在設(shè)計配合方面投入更多的精力和資金，這個要求相對來說高一點，但目前也在逐步地開展。
寫在最后
關(guān)于Avant平臺的下一步產(chǎn)品計劃，徐宏來表示：“和Nexus平臺一樣，Lattice基于Avant平臺制定了明確的產(chǎn)品路線圖，Avant-E系列后面可能會推出兩個型號，一個是在規(guī)模上做一些縮減，例如500k的縮減到200k，來匹配客戶的需求；另一個是會針對一些特殊的應(yīng)用，滿足在I/O的性能、功耗方面的要求，尤其是為工業(yè)或者是汽車的客戶做一些改變。”
關(guān)于生態(tài)鏈的發(fā)展，徐宏來透露，Lattice希望在國內(nèi)有更多的IP合作伙伴來共同開發(fā)，不僅是應(yīng)用層面的IP，也包括FPGA本身構(gòu)件的一些IP。
