文｜半导体产业纵横
FPGA行业，竞争加剧。
目前，由于一些关键参与者的动荡，FPGA 联盟和市场的状况尚不明朗。与此同时，无论是高端、中端还是低成本，新型 FPGA 的前景都从未如此好过。这的确是喜忧参半的消息，但对基于 FPGA 的系统设计人员来说，这预示着好事。
高端产品的变化更多
我们先来谈谈 FPGA 领域的不确定性。今年 2 月，英特尔宣布将分拆其 FPGA 制造部门——英特尔可编程解决方案事业部 (PSG)，使其成为一家准独立公司。该公司将该部门恢复为原名Altera，但使用了新的标语：“英特尔旗下的公司”。
英特尔最初于 2015 年以 167 亿美元收购了 Altera。显然，英特尔首席执行官帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 已经意识到，在公司与 AMD 长达数十年的 x86 霸主地位争夺战中，制造 FPGA 只不过是一种消遣。
基辛格需要让英特尔重回 x86 的领导地位，因此他正在实施一系列相当痛苦的成本削减措施，包括大规模裁员和将 Altera 赶出公司。Altera 的新任首席执行官、前英特尔高管桑德拉·里维拉 (Sandra Rivera) 表示，Altera 正在寻找投资者购买该公司的少数股权，Altera 计划在 2026 年进行 IPO。
英特尔 PSG 不得不使用英特尔专有的新型半导体工艺和EDA 工具，这些工艺和工具针对制造处理器（英特尔的主营业务）进行了优化，这让英特尔 PSG 苦不堪言。FPGA 不是处理器。相反，它们塞满了连接片上逻辑和内存的稀疏块的路由网络。
从构造上看，FPGA 几乎与处理器完全相反，处理器依靠密集的逻辑和最短的路由网络来实现高性能。过度优化的半导体制造工艺（用于制造处理器，英特尔的主要产品）对于制造 FPGA 来说必然不是最佳的。
与此同时，AMD 总裁 Victor Peng 于 8 月退休。Peng 曾担任赛灵思首席执行官。他于 2022 年 2 月将公司出售给 AMD，他的退休和离开 AMD 使该公司的 FPGA 制造业务陷入了一种不确定的状态，因为 Peng 是 AMD 最坚定的 FPGA 支持者，他捍卫着自己在赛灵思担任可编程平台开发高级副总裁时建立的遗产。他可能是 AMD 高管团队中唯一的 FPGA 支持者。
许多观察人士认为，AMD 在 2022 年收购赛灵思只是模仿英特尔收购 Altera 的举动，有点像 1946 年百老汇音乐剧《安妮拿起枪》中的一句歌词：“你能做的任何事，我都能做得更好。”
虽然 AMD 还没有放弃赛灵思的迹象，但就目前而言，该公司花了七年时间才追随英特尔的脚步，收购了剩下的独立 FPGA 领跑者。当然，AMD 的情况有些不同。AMD 从台积电购买处理器和 FPGA 晶圆，因此 FPGA 产量有可能助 AMD 从台积电获得更大的批量折扣，而不是干扰处理器制造。
尽管存在这些不确定性，Altera 和 AMD 仍在 FPGA 领域继续较量。Altera 正在对其产品线进行现代化改造，并明智地将所有三个 FPGA 层级（高端、中端和低端成本优化）迁移到统一的 Agilex 品牌。从开发的角度来看，这意味着高端 Stratix、中端 Arria 和低端 Cyclone 和 MAX FPGA 的生命周期已到尽头。
在分拆之前，英特尔 PSG 曾承诺 Cyclone FPGA 的产品供应将持续到 2035 年，但这些器件的平均售价并不能保证。维护旧工厂以供应这些老化部件的成本越来越高，而且根据 FPGA 的以往历史，这些成本将转嫁给买家。
过去一年，AMD 和 Altera 的高端 FPGA 系列都没有太大变化。AMD 的顶级 7 纳米 Versal FPGA 于 2018 年发布，并于 2021 年全面投产——当时 AMD 尚未收购赛灵思。英特尔于 2023 年初宣布推出基于英特尔 7 工艺（最初称为 10 纳米 SuperFin 工艺）的顶级 Agilex 7 FPGA，当时这些器件已经投入生产。自推出以来，AMD 和英特尔一直在为其高端 FPGA 系列注入新成员。
请注意， AMD/Xilinx Versal的生产公告和英特尔 Agilex 7 的生产日期之间大约相隔两年。这一差距为英特尔为何要分拆 Altera 提供了线索。自从 2013 年 Altera 选择英特尔作为其未来 14 纳米 FinFET FPGA 的半导体代工厂以来，Altera（以及后来的英特尔 PSG）在进入下一个工艺节点时一直落后于赛灵思（现为 AMD）。
这种滞后的一个可能解释是，英特尔的处理器可以优先使用新的工艺节点，而 AMD 近 15 年来的主要代工厂台积电只要客户支付台积电的价格，就可以使用其最新的工艺节点。
尽管 2024 年 FPGA 设计的前沿领域没有太多变化，但 FPGA 市场的低端领域却发生了许多变化。Altera 于 2023 年 10 月发布了低端 Agilex 3 FPGA 系列，目前计划于 2025 年投产。与此同时，AMD 于 2024 年 3 月宣布推出 Spartan UltraScale+ FPGA 系列，计划于 2025 年中期投产。（AMD 的低端 FPGA 产品品牌 Spartan 与其之前最先进的 FPGA 工艺节点 UltraScale+ 的搭配，给人一种奇怪的不协调感）
行动是在低端
多年来，AMD/Xilinx 和 Altera/Intel 都很少关注中端和低端 FPGA，而是更愿意专注于高端、高利润的设备。尽管他们在中端和低端市场中的大多数旧 FPGA 仍然非常适合各种嵌入式设计，但这些设备现在至少已有 10 年历史，而且已经过时了。这种对较便宜的 FPGA 系列缺乏关注的做法引起了另外两家 FPGA 供应商 Lattice 和 Microchip 的注意，这两家公司推出了新产品来参与这些市场的竞争。
2024 年，莱迪思半导体宣布其低端 Certus-NX FPGA 系列新增成员，采用低功耗 28 纳米 FD-SOI 工艺制造。Certus-NX FPGA 不大。最大的有 39,000 个逻辑单元。新的 Certus-NX-09 和 Certus-NX-28 FPGA 较小，分别有 9,000 个和 28,000 个逻辑单元。莱迪思将于 2022 年底宣布其基于台积电 16 纳米 FinFET 工艺节点的中端 Avant FPGA 平台和 Avant-E 产品系列。Avant-E 系列现在包括具有多达 637,000 个逻辑单元的设备，并且没有高速 SerDes 收发器。
此后，莱迪思继续推出新的 Avant FPGA 系列，包括配备 12.5Gbps SerDes 收发器的 Avant-G 系列和集成 25Gbps SerDes 收发器和支持 PCIe Gen4 x8 连接的硬件链路层的 Avant-X 系列。莱迪思宣布将于 2023 年末推出 Avant-G 和 -X FPGA 系列样品部件。这些中档 FPGA 直接与 28 纳米 AMD Kintex 7 和 20 纳米 Altera Arria 10 FPGA 竞争，这两款产品都有十多年的历史了。16 纳米 AMD Kintex UltraScale+ FPGA 系列只是稍新一点，于 2015 年推出。
经常被忽视的 FPGA 厂商 Microchip 于 2023 年初发布了基于 28 纳米 SONOS 工艺技术的中端 PolarFire 2 SoC FPGA 系列。PolarFire 2 SoC FPGA 与最初的赛灵思Zynq 7000 和 Altera 的 Cyclone V SoC FPGA 直接竞争，这两款产品均于 2011 年发布。得益于 2018 年收购 Microsemi，Microchip 继承了可追溯至 Actel 和 FPGA 早期的可编程逻辑传统。
Microchip 的 PolarFire 2 SoC FPGA 与 AMD 和 Altera SoC FPGA 在两个关键方面有所不同。首先，28 纳米 SONOS 工艺允许 Microchip 将非易失性配置存储器与其他 SoC FPGA 元件直接集成在芯片上，这样就无需使用外部配置 EEPROM，从而减少系统级零件数量和成本。
其次，PolarFire 2 SoC FPGA 集成了五个 64 位 SiFive RISC-V 处理器内核，而不是 AMD 和 Altera 较旧的 SoC FPGA 中的一两个古老的 32 位 Arm Cortex-A9 内核。2024 年，Microchip 宣布推出一款低成本的 PolarFire SoC Discovery Kit，这是一块带有软件的开发板，可大大简化熟悉 SoC FPGA 等复杂新产品的任务。PolarFire SoC Discovery Kit 目前单个售价为 132 美元。
未来竞争更加激烈
在一定程度上得益于莱迪思和 Microchip 推出的中端和低端 FPGA，Altera 和 AMD 现在对 FPGA 市场的这些领域表现出了新的兴趣，Altera Agilex 3 和 AMD 的 Spartan UltraScale+ 和 Kintex UltraScale+ 公告就是明证。
整个 FPGA 行业都受益于竞争的加剧。随着旧生产线的贬值，较新但非尖端的半导体工艺仍有很大的发展空间，可用于这些对成本更敏感的 FPGA 细分市场。同时，开发下一代尖端工艺节点的竞争也为高端 FPGA 细分市场提供了充足的增长机会。
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