FPGA市場(chǎng)再起波瀾
百花齊放的芯片浪潮中,FPGA奪得一席之地。新市場(chǎng)涌現、新玩家入局,給這個(gè)并購與研發(fā)并舉的高壁壘市場(chǎng),增添了些許波瀾。
FPGA芯片是基于可編程器件(PAL、GAL、CPLD)發(fā)展而來(lái),是半定制化、可編程的集成電路。FPGA的特殊之處在于,其對底層算法架構的依賴(lài)度低,對EDA軟件依賴(lài)度高,需要EDA軟件去輔助完成設計。FPGA芯片出廠(chǎng)時(shí)沒(méi)有特定的功能,通過(guò)FPGA專(zhuān)用EDA軟件現場(chǎng)對硬件進(jìn)行編程可以實(shí)現具體用戶(hù)需要的功能。
受益于與眾不同的架構,FPGA的可編程屬性使其相比其他處理器,在算力、成本、功耗之間更能取得平衡。相對于A(yíng)SIC芯片,FPGA更具靈活性,大大縮減了專(zhuān)用芯片束縛的限制;相對傳統可編程器件可添加更大規模電路數量以實(shí)現多元功能。與CPU、GPU這類(lèi)處理器相比,FPGA在功耗和計算速度方面具備優(yōu)勢。
FPGA普遍被認為是構建原型和開(kāi)發(fā)設計的最快推進(jìn)路徑之一,具有編程、除錯、再編程和重復操作等優(yōu)點(diǎn),作為定制化ASIC領(lǐng)域的半定制電路而出現。在采用FPGA進(jìn)行設計時(shí),設備制造商可以在開(kāi)發(fā)現場(chǎng)自由改寫(xiě)電路結構,而無(wú)需向半導體廠(chǎng)商支付包括掩膜在內的開(kāi)發(fā)費用,同時(shí)在完成電路結構設計之后也無(wú)需執行布局、布線(xiàn)等工作,顯著(zhù)縮短IC開(kāi)發(fā)周期。
隨著(zhù)5G、AI等技術(shù)的提升,全球FPGA市場(chǎng)規模穩步增長(cháng),2020年全球FPGA銷(xiāo)售額已超過(guò)60億美元,Frost&Sullivan預計,全球FPGA市場(chǎng)規模將從2021年的68.6億美元增長(cháng)至2025年的125.8億美元,年均復合增長(cháng)率約為16.4%。
溯源FPGA
FPGA起源于Xilinx(賽靈思)公司,賽靈思于1985年推出世界首塊商業(yè)化FPGA芯片“XC2000”,通過(guò)自創(chuàng )的門(mén)陣列通用結構推動(dòng)芯片從定制化向標準化邁進(jìn)。
FPGA芯片由邏輯功能塊排成陣列矩陣,并由可編程的互連資源連接這些邏輯功能塊來(lái)實(shí)現不同的設計,是在前期PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物,既解決了傳統可編程器件門(mén)陣列數有限的缺點(diǎn),具備更大的規模容量進(jìn)而提高性能;同時(shí)現場(chǎng)可編程的特點(diǎn)幫助其克服了ASIC芯片靈活性不足的缺陷。
從上世紀80年代,FPGA在具有TTL的膠合邏輯中找到了自己的利基市場(chǎng),再到十年后,FPGA愈發(fā)復雜,引入了大型SRAM模塊、嵌入式DSP模塊中的乘法器-累加器、嵌入式處理器軟核、I/O和SerDes接口。
再到后來(lái),以賽靈思為代表的FPGA企業(yè)通過(guò)自適應加速平臺等異構計算平臺及產(chǎn)品,讓FPGA更加靈活地根據不同工作負載進(jìn)行自適應加速。賽靈思的Versal系列號稱(chēng)業(yè)界首款ACAP,即自適應計算加速平臺,集成了CPU、GPU、FPGA、Programmable NoC、DMA、PCIe5和100G以太網(wǎng)等功能,可實(shí)現特定域的自適應架構,為整個(gè)應用加速,進(jìn)一步提升了FPGA在加速器市場(chǎng)的穿透力。
發(fā)展至今,FPGA與ASIC技術(shù)融合、向系統級發(fā)展成為新的趨勢,軟硬件相結合,兼具性能和靈活性,誕生SoC FPGA和eFPGA兩種路徑。與獨立FPGA器件相比,eFPGA是一種相對較新的技術(shù),其可被集成到ASIC,或提供FPGA晶粒進(jìn)行多芯片封裝(MCM)而集成到其中。eFPGA的典型應用包括汽車(chē)駕駛員輔助系統、計算性存儲加速器、人工智能/機器學(xué)習和5G基礎設施等。這些應用都使用了集成了eFPGA IP的定制ASIC器件,以提供工作負載和算法靈活性。
前景大好的形勢下,許多企業(yè)開(kāi)始垂涎FPGA領(lǐng)域,市場(chǎng)出現諸多相關(guān)企業(yè)的并購案例,不止同行的大吃小,還有類(lèi)似英特爾收購Altera、AMD收購賽靈思等跨領(lǐng)域的巨頭兼并之舉。這些公司的收購重組實(shí)現了產(chǎn)品細節的優(yōu)勢互補,致力于為客戶(hù)提供更專(zhuān)業(yè)豐富服務(wù)、打造可編程邏輯生態(tài)平臺提供捷徑。
作為CPU領(lǐng)域的前二廠(chǎng)商,英特爾與AMD這對“老對手”在處理器和超算領(lǐng)域的競爭有來(lái)有回,在拓展FPGA業(yè)務(wù)方面卻顯得相當默契,先后將FPGA第一、第二的廠(chǎng)商納入麾下。在云計算和AI導致的算力需求爆發(fā)和混合計算架構迅速發(fā)展的情況下,CPU廠(chǎng)商收購FPGA廠(chǎng)商可直接補強其FPGA支撐的并行和可編程計算技術(shù),使他們在新興異構計算架構時(shí)代保持領(lǐng)先。
以英特爾為例,在收購了Altera之后,英特爾成立了新的業(yè)務(wù)部門(mén)——可編程解決方案事業(yè)部(PSG)。除了加強現有的 FPGA 業(yè)務(wù),可編程解決方案事業(yè)部還將與英特爾數據中心事業(yè)部和物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部密切合作,推出下一代高度自定義集成產(chǎn)品和解決方案。
外部并購與內部研發(fā)的雙核驅動(dòng)下,技術(shù)實(shí)力正在鑄就FPGA行業(yè)的高技術(shù)壁壘,催生新的行業(yè)應用與市場(chǎng)空間。
FPGA立足市場(chǎng)
誕生于1985年的FPGA雖然問(wèn)世時(shí)間不長(cháng),但已經(jīng)憑借“可編程”的獨特優(yōu)勢,在百花齊放的芯片浪潮中奪得一席之地,成為CPU、GPU、ASIC等之外的又一勁旅。
FPGA的靈活性使芯片設計人員可通過(guò)硬件描述語(yǔ)言,用軟件的形式將各種數理邏輯下載到FPGA 里,從而重新定義芯片功能,尤其是在技術(shù)標準尚未成熟或發(fā)展更迭速度快的行業(yè)領(lǐng)域,只需要幾百毫秒即可更新芯片的邏輯功能的FPGA能有效幫助企業(yè)降低投資風(fēng)險及沉沒(méi)成本,是一種兼具功能性和經(jīng)濟效益的選擇,這是其他數字芯片所無(wú)法實(shí)現的。
基于設計靈活、兼容性強、并行計算、適用性強等特點(diǎn),FPGA芯片被廣泛應用在智能設備中。早期,因無(wú)需高額流片即可驗證芯片產(chǎn)品,在量產(chǎn)初期或者開(kāi)展研發(fā)類(lèi)項目,FPGA的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢最為明顯,在部分應用場(chǎng)景可實(shí)現對ASIC的部分替代。但當量產(chǎn)規模提升后,FPGA的性能優(yōu)勢以及成本優(yōu)勢反而下降,且該時(shí)期內FPGA的傳統優(yōu)勢反而對產(chǎn)品及市場(chǎng)推廣意義較低,因此該時(shí)期OEM廠(chǎng)商通常會(huì )使用ASIC。
目前,FPGA芯片應用場(chǎng)景覆蓋了包括網(wǎng)絡(luò )通信、工業(yè)控制、消費電子、數據中心、汽車(chē)電子、人工智能等廣泛的下游市場(chǎng)。未來(lái),隨著(zhù)全球新一代通信設備部署以及人工智能與自動(dòng)駕駛技術(shù)等新興市場(chǎng)領(lǐng)域需求的不斷增長(cháng),FPGA芯片市場(chǎng)規模預計將持續提高。
網(wǎng)絡(luò )通信領(lǐng)域是FPGA下游應用最廣泛的場(chǎng)景,有效實(shí)現了大量高速數字信號處理功能。有數據顯示,2018年全球FPGA通信市場(chǎng)占據整體應用市場(chǎng)近45%。FPGA目前被大量應用在有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)通信設備中,實(shí)現接口擴展、邏輯控制、數據處理、單芯片系統等功能。
同時(shí),5G商業(yè)化浪潮正在為FPGA打開(kāi)新的成長(cháng)空間,****數量、擴展性、異構性需求將帶動(dòng)FPGA器件用量提升。另一方面,由于5G通訊擁有較長(cháng)的迭代升級過(guò)程和較大的技術(shù)不確定性,這使得市場(chǎng)很難快速推出成熟的5G ASIC芯片,從而為FPGA在5G領(lǐng)域的運用提供了較長(cháng)的時(shí)間窗口。在整個(gè)5G系統方案穩定運行前,FPGA是更加理想的解決方案,而隨著(zhù)FPGA整體技術(shù)水平的不斷提升,其總體持有成本較低的優(yōu)勢期有望持續延長(cháng)。
工業(yè)市場(chǎng)是FPGA僅次于通信的第二大市場(chǎng),FPGA可幫助工業(yè)應用實(shí)現更智能化、高性能、低能耗的解決方案。以數控機床馬達為例,與傳統只能控制單一馬達的專(zhuān)用芯片相比,基于FPGA的多通道馬達控制能夠實(shí)現。隨著(zhù)以自動(dòng)化為核心要素的智能無(wú)人工廠(chǎng)的發(fā)展,正在從以人力資源為核心要素轉向以自動(dòng)化為核心要素的智能化無(wú)人工廠(chǎng),集成化與安全性要求提高,FPGA實(shí)時(shí)性和高并行性?xún)r(jià)值將更加凸顯。
消費電子市場(chǎng)對產(chǎn)品性?xún)r(jià)比要求較為嚴苛,為實(shí)現性?xún)r(jià)比與差異化的平衡,消費電子廠(chǎng)商目前已形成一種類(lèi)似協(xié)處理器,功能簡(jiǎn)單、功耗低、性?xún)r(jià)比高的以FPGA作為主芯片的解決方案。此外,消費電子產(chǎn)品迭代周期快,FPGA芯片開(kāi)發(fā)周期較短特點(diǎn)與消費電子板塊匹配。同時(shí),FPGA芯片靈活支持接口轉換,可實(shí)現各種存儲接口的控制,簡(jiǎn)化外圍電路設計。
在汽車(chē)電子領(lǐng)域,FPGA芯片因低時(shí)延存在天然優(yōu)勢。由于FPGA具有強邏輯性,當汽車(chē)電子系統當中的邏輯單元較多時(shí),采用FPGA技術(shù)能夠將這些邏輯單元準確排列,提高汽車(chē)電子系統中邏輯單元的利用率;同時(shí),由于FPGA內部結構較易實(shí)現分布式算法結構,對實(shí)現汽車(chē)電子中的高速數字信號處理十分有利。FPGA在汽車(chē)領(lǐng)域可應用于A(yíng)DAS、車(chē)載攝像頭、傳感器、激光雷達、車(chē)載娛樂(lè )信息系統等,應用面廣泛。此外,FPGA方案可以在不進(jìn)行重新設計的前提下實(shí)現重新編程,以適應不斷發(fā)展的算法,從而縮短整體方案的開(kāi)發(fā)周期。
Frost&Sullivan數據顯示,2020年應用于汽車(chē)電子領(lǐng)域的FPGA芯片中國銷(xiāo)售額將達到9.5億元,占中國FPGA芯片市場(chǎng)份額的6.3%,2021年-2025年年均復合增長(cháng)率將達到22.7%。
通過(guò)其適用市場(chǎng)可以看到,FPGA相比較于其他通用邏輯器件或者ASIC,在靈活性、小規模部署成本方面有優(yōu)勢,正好滿(mǎn)足了5G通信業(yè)務(wù)靈活部署、AIoT市場(chǎng)長(cháng)尾碎片化的需求。
但是,優(yōu)勢之外,FPGA存在規模普及的難點(diǎn),由于較高難度的編程設計,對于更新周期極快的IC行業(yè),客戶(hù)需要便捷方便的設計環(huán)境,以提升生產(chǎn)力、縮短上市時(shí)間、盡可能實(shí)現集成化需求。這就對賽靈思、英特爾等FPGA芯片廠(chǎng)商提出了要求,通過(guò)增加軟件的通用性來(lái)進(jìn)一步降低客戶(hù)的使用壁壘。
FPGA市場(chǎng)涌動(dòng)
最近兩年,由于云計算、高性能計算和人工智能的繁榮,給FPGA帶來(lái)新的市場(chǎng)推動(dòng)力,催化增量空間。
在人工智能領(lǐng)域,AI大規模發(fā)展目前仍存在許多芯片層面的問(wèn)題,AI的基礎硬件需要滿(mǎn)足低延遲、高性能、高可靠性、高性?xún)r(jià)比等要求,這些剛好是FPGA能夠充分滿(mǎn)足的。FPGA芯片已與GPU及ASIC等芯片一起成為人工智能處理芯片的重要選擇之一。
在A(yíng)I市場(chǎng),FPGA芯片可以作為加速卡加速人工智能算法的硬件級運算速度。高密度FPGA面向云側并行運算需求,中低密度面向端側推斷任務(wù)轉移。
云端:FPGA流水線(xiàn)并行結構,可以實(shí)現更高的并發(fā)處理。FPGA可針對數據包步驟數量搭建同等數量流水線(xiàn),數據包經(jīng)多個(gè)流水線(xiàn)處理后可即時(shí)輸出,無(wú)需像GPU一樣數據單元一致輸出,因此計算密集型任務(wù)(如圖像處理、機器學(xué)習等)中,擁有流水線(xiàn)并行和數據并行的高密度FPGA效率更高。
端側:當推斷決策任務(wù)轉至智能終端,中低密度FPGA迎來(lái)用武之地。隨著(zhù)智能終端對實(shí)時(shí)響應和多樣化應用的需求,越來(lái)越多的推斷任務(wù)被轉移到端側來(lái)完成。為實(shí)現推斷任務(wù)的轉移,通常對訓練后的人工智能算法模型進(jìn)行壓縮,進(jìn)而應用到推理環(huán)節,FPGA芯片可實(shí)現快速推斷決策的特點(diǎn)也使其可廣泛應用于該領(lǐng)域。
因此,FPGA 芯片在矩陣運算、圖像處理、機器學(xué)習、非對稱(chēng)加密、搜索排序等人工智能領(lǐng)域有著(zhù)很廣闊的應用前景。Semico Research預測,FPGA在人工智能領(lǐng)域的市場(chǎng)規模2023年有望達52億美元,五年復合增速38.4%。
在高性能計算和數據中心市場(chǎng),FPGA 芯片不但可以作為運算加速器,還可以作為連接器件讓大型數據中心中眾多的運算處理器和運算加速器更緊密地結合。
FPGA在數據中心領(lǐng)域主要產(chǎn)品形態(tài)為加速卡,用于硬件加速。位于網(wǎng)絡(luò )交換層與傳統服務(wù)器軟件之間,加速層通過(guò)眾多FPGA支撐虛擬網(wǎng)絡(luò )模型計算任務(wù),使得硅片內存完整加載模型權重,突破DRAM性能瓶頸,同時(shí)剩余資源可用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等計算任務(wù)。
英特爾FPGA中國創(chuàng )新中心總經(jīng)理張瑞在接受采訪(fǎng)時(shí)表示,從未來(lái)發(fā)展角度來(lái)看,FPGA在加速器市場(chǎng)的需求會(huì )很大。包括數據中心當中的加速器,數據中心之外的加速器,都需要通過(guò)FPGA做各種加速。
當前,FPGA已成為全球數據中心加速器市場(chǎng)中最高成長(cháng)領(lǐng)域,據Semico Research預計,全球市場(chǎng)數據中心加速器市場(chǎng)將從2018年的28.4億美元增長(cháng)到2023年的211.9億美元,年復合增長(cháng)率49.47%;其中,FPGA預計將是年復合增長(cháng)率最高的細分市場(chǎng),該增長(cháng)將由企業(yè)級工作負載加速應用對FPGA越來(lái)越多的采用而驅動(dòng)。
在數據中心市場(chǎng)增速迅猛的趨勢下,在近日SC21 全球超級計算大會(huì )上,賽靈思宣布推出 Alveo? U55C 數據中心加速器卡,以及一款基于標準、API-driven的集群解決方案,用于大規模部署FPGA。專(zhuān)為HPC和大數據工作負載而構建,可令運行大規模計算工作負載的各類(lèi)客戶(hù)大獲裨益,支持其利用現有數據中心基礎架構和網(wǎng)絡(luò ),實(shí)現強大的基于FPGA的HPC集群。
回顧過(guò)去,在傳統的FPGA業(yè)務(wù)模型里,FPGA廠(chǎng)商通常只負責賣(mài)給客戶(hù)FPGA芯片和FPGA的開(kāi)發(fā)工具這兩樣東西,然后主要的開(kāi)發(fā)過(guò)程往往由客戶(hù)完成。如今,FPGA廠(chǎng)商更傾向于提供給客戶(hù)一個(gè)完整的系統級解決方案。兩大FPGA廠(chǎng)商賽靈思和英特爾目前紛紛推出的各類(lèi)FPGA加速卡,就是這個(gè)趨勢的典型代表。
總體而言,在今天,FPGA廠(chǎng)商已經(jīng)從單純提供FPGA芯片和底層開(kāi)發(fā)工具,逐漸轉變成提供基于FPGA加速卡和完整軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的全棧式解決方案。同時(shí),第三方FPGA加速卡的出現,也極大的豐富了FPGA加速卡產(chǎn)品的可選擇性,以針對不同應用場(chǎng)景下的用戶(hù)需求。通過(guò)提供這些完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境,大大簡(jiǎn)化了FPGA的開(kāi)發(fā)難度,使得軟件開(kāi)發(fā)人員也能在短時(shí)間內完成算法模型的FPGA實(shí)現。
這些轉變背后的主要動(dòng)力,就是當前FPGA在諸多領(lǐng)域的廣泛而深入的使用。只要FPGA還能不斷推動(dòng)AI和大數據時(shí)代的發(fā)展,這個(gè)趨勢就會(huì )繼續前行。FPGA廠(chǎng)商的目的在于不斷提供原廠(chǎng)軟硬件解決方案的同時(shí),也在不斷吸收第三方的IP與應用,從而構建一個(gè)完整的FPGA生態(tài)系統。
此外,近期DPU和智能網(wǎng)卡概念異?;鸨?,從Mellanox、英偉達到英特爾,各路諸侯紛紛加入戰場(chǎng),各種概念Smart NIC、DPU、IPU層出不窮。FPGA被集成到智能網(wǎng)卡或DPU中,用于降低高負載應用情況下的切換帶來(lái)的延遲和網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng),以及把一些需要硬件加速的通用計算用FPGA加速,進(jìn)一步釋放CPU。FPGA可提供強大的計算能力和足夠的靈活性,具有低延遲、高功耗的特點(diǎn)。
英特爾2021年6月發(fā)布的IPU產(chǎn)品(可以被視為英特爾版本的DPU),將FPGA與Xeon D系列處理器集成,成為了DPU賽道有力的競爭者。
- 瑞薩進(jìn)軍FPGA市場(chǎng)
不斷擴展的應用市場(chǎng)之外,半導體老玩家的跨行入局或給FPGA市場(chǎng)增添新的“變數”。
近日,先進(jìn)半導體解決方案的主要供應商瑞薩電子推出全新的超低成本、超低功耗產(chǎn)品線(xiàn)ForgeFPGA?,進(jìn)軍FPGA市場(chǎng)。
瑞薩官方表示,這款FPGA的批量?jì)r(jià)格將遠低于0.5美元,主要服務(wù)于低于5000邏輯門(mén)應用的中低密度市場(chǎng),其初始器件尺寸為1K和2K查找表(LUT)。預計待機功耗低于20uA,是現有功耗最低的產(chǎn)品,約為競品的一半,這將有助于幫助瑞薩電子進(jìn)入以前由于成本限制而無(wú)法使用FPGA的應用市場(chǎng),如大批量消費和物聯(lián)網(wǎng)應用。
據中國電子報消息,ForgeFPGA產(chǎn)品家族開(kāi)發(fā)團隊來(lái)自被Dialog收購的Silego Technology公司,其曾經(jīng)推出GreenPAK可編程混合信號器件。瑞薩最近完成了對Dialog的收購,并將該產(chǎn)品納入自身的產(chǎn)品組合。瑞薩電子物聯(lián)網(wǎng)及基礎設施事業(yè)本部混合信號事業(yè)部副總裁Davin Lee表示:“我們渴望將瑞薩在小型、低成本、可編程市場(chǎng)的表現擴展至FPGA領(lǐng)域?!?/span>
近年來(lái),瑞薩電子頻頻啟動(dòng)收購擴大自身的產(chǎn)品線(xiàn)。2017年,瑞薩電子以32億美元收購Intersil公司,2019年以67億美元完成對IDT公司的收購,今年8月瑞薩電子再次以約48億歐元收購Dialog公司。通過(guò)一系列的收購,瑞薩電子將觸角擴大到嵌入式處理器、模擬、電源和通信連接等諸多領(lǐng)域。
瑞薩作為全球領(lǐng)先的半導體廠(chǎng)商,具有多年研發(fā)經(jīng)驗和市場(chǎng)積累,并具有與客戶(hù)的直接溝通優(yōu)勢。小型、低成本FPGA的推出對FPGA龍頭企業(yè)的高端產(chǎn)品或許不會(huì )造成太大沖擊,但不可避免的會(huì )對中低端FPGA的生產(chǎn)廠(chǎng)商形成巨大的競爭壓力。
盡管此時(shí)談其對市場(chǎng)的沖擊尚早,FPGA并非終端產(chǎn)品,應用場(chǎng)景還需要拓展,需要依賴(lài)瑞薩自身結合MCU、模擬、電源等開(kāi)發(fā)出組合產(chǎn)品,拿出較好的應用范例。但瑞薩的入場(chǎng),也給看似穩固的FPGA市場(chǎng)增添了一絲波瀾。
- 獨立FPGA企業(yè)再生波瀾
波瀾還體現在另一方面,隨著(zhù)賽靈思被AMD收購的行進(jìn),以及早期A(yíng)ltera被英特爾的并入,在巨頭先后被收購之后,FPGA垂直賽道似乎缺少了絕對的領(lǐng)導者,獨立FPGA企業(yè)(包括Lattice、Achronix、Flexlogic等以及國內FPGA企業(yè))的未來(lái)成為了很多人關(guān)心的問(wèn)題。
從Achronix發(fā)展來(lái)看,盡管市場(chǎng)份額依舊被兩大巨頭牢牢把持,但在細分領(lǐng)域挖掘機會(huì )的Achronix也形成了自己的特色和獨特的競爭力,除了“傳統”FPGA芯片產(chǎn)品之外,Achronix還是目前主要的嵌入式FPGA(eFPGA)的主要IP提供商。
上文也有介紹,與獨立的FPGA設計過(guò)程不同,eFPGA設計者可以選擇客戶(hù)應用程序所需的邏輯、DSP和內存資源,進(jìn)一步提高靈活性,同時(shí)還能夠降低系統成本。另外,eFPGA的最主要特點(diǎn)是能將可編程邏輯單元與其他ASIC IP整合到同一款SoC中,在縮小芯片面積的同時(shí)降低系統功耗,具有低延遲和高帶寬的優(yōu)點(diǎn)。從其發(fā)展路徑來(lái)看,Achronix正在憑借獨一無(wú)二的模式在FPGA突圍路上躍躍欲試。目前,Achronix的eFPGA IP廣泛應用高性能、計算密集型和需要實(shí)時(shí)處理的應用程序,比如AI、機器學(xué)習、5G和汽車(chē)等,將目標瞄準近100億美元的數據加速市場(chǎng),預計到2025年,其復合年增長(cháng)率將達到兩位數。此外,Achronix已經(jīng)將自己的FPGA調整為成為下一代數據中心核心的DPU,搶占行業(yè)先機。
能夠發(fā)現,在新的需求不斷涌現、算法迅速迭代的新時(shí)代,加強創(chuàng )新、關(guān)注新興市場(chǎng)和差異化市場(chǎng),形成行業(yè)壁壘,或是獨立FPGA企業(yè)新的追趕機遇。
但也有觀(guān)點(diǎn)指出,從短期來(lái)看,巨頭公司間的并購可能會(huì )對整體市場(chǎng)帶來(lái)一些短暫的波動(dòng),例如價(jià)格,交期等各方面的影響。但從長(cháng)遠來(lái)看,這種波動(dòng)會(huì )很快平息,市場(chǎng)會(huì )逐漸趨于穩定。
或許吧,在任何穩固的市場(chǎng)中都難有實(shí)現突圍的機會(huì )。對于中小FPGA廠(chǎng)商來(lái)說(shuō),能做的可能就是在每一次短暫的波動(dòng)中尋求機遇,快速發(fā)展。否則,終將被趨于穩定后的市場(chǎng)再次拉大距離。
寫(xiě)在最后
當前時(shí)代,計算力就是生產(chǎn)力。算力的變革往往會(huì )催生新的計算形式,并驅動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的整合兼并。曾經(jīng),原型設計、新品開(kāi)發(fā)等需求催生了靈活可編程的“萬(wàn)能芯片”FPGA。如今,數據中心、AI、5G等高算力需求,正在為FPGA開(kāi)辟新的市場(chǎng)空間。
在下一波計算浪潮中,預計業(yè)界將繼續采用FPGA來(lái)支持更多應用和進(jìn)一步的發(fā)展,諸如智能網(wǎng)聯(lián)和自動(dòng)駕駛、邊緣計算、以及用于可編程無(wú)線(xiàn)電和前傳融合的5G基礎設施等等。面對巨大的市場(chǎng)前景和機遇,行業(yè)玩家紛紛入局,試圖分一杯羹。
縱觀(guān)行業(yè)格局,在全球范圍內,FPGA行業(yè)的主要市場(chǎng)份額常年被賽靈思和英特爾兩家公司牢牢掌握,兩者市場(chǎng)占比合計超過(guò)85%。隨著(zhù)時(shí)間的積累,這兩家公司逐漸構建起一道由上萬(wàn)件核心技術(shù)專(zhuān)利組成的“護城河”,而這條護城河也成功阻止了很多FPGA公司進(jìn)一步發(fā)展的腳步。一些存活下來(lái)的公司,比如Lattice和Microsemi也往往只能靠劍走偏鋒,專(zhuān)攻低功耗、航空航天等特殊的應用領(lǐng)域,當前合計占據5.6%的市場(chǎng)份額。
FPGA是一個(gè)技術(shù)壁壘高的行業(yè),硬件結構復雜且良率低,隨著(zhù)FPGA芯片密度越來(lái)越高,軟硬協(xié)同研發(fā)對設計公司提出了更大的難度。由于起步時(shí)間較晚,產(chǎn)品迭代優(yōu)化均需要長(cháng)期積累,國產(chǎn)FPGA廠(chǎng)商在生態(tài)系統、專(zhuān)利技術(shù)、研發(fā)人才、研制難度等方面仍面臨較大挑戰。目前在FPGA IP領(lǐng)域,國內既缺乏諸如Cadence等此類(lèi)IP公司,Achronix此類(lèi)的細分化、專(zhuān)業(yè)化的IP公司也尚未出現,IP均存在嚴重依賴(lài)。
但盡管市場(chǎng)被國外企業(yè)高度壟斷,中國FPGA的市場(chǎng)規模及前景也不容忽視。根據Frost&Sullivan數據,中國FPGA市場(chǎng)從2016年的約65.5億元增長(cháng)至2020年的約150.3億元,年均復合增長(cháng)率約為23.1%。隨著(zhù)5G、AI以及數據中心等市場(chǎng)的發(fā)展,國產(chǎn)替代進(jìn)程的進(jìn)一步加速,中國FPGA市場(chǎng)需求量有望持續擴大。預計到2025年,中國FPGA市場(chǎng)規模將達到約332.2億元,增速遠高于全球市場(chǎng)。
從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈或芯片品類(lèi)來(lái)看,FPGA或只是小眾的芯片,但在各新興市場(chǎng)不斷涌現,半導體國產(chǎn)化替代趨勢逐漸加速的市場(chǎng)現狀下,本土企業(yè)在每一種技術(shù)路線(xiàn)上都有更多的發(fā)揮空間。有業(yè)內人士表示,在這輪FPGA市場(chǎng)的變革當中,國產(chǎn)獨立FPGA企業(yè)將承擔更多國產(chǎn)化需求角色。與此同時(shí),國產(chǎn)獨立FPGA企業(yè)也將更多的助力遍地開(kāi)花的國產(chǎn)芯片企業(yè)的崛起,并在差異化應用場(chǎng)景滿(mǎn)足各類(lèi)需求。
結合近日剛剛登陸科創(chuàng )板的安路科技,以及高云半導體、紫光同創(chuàng )、復旦微電子、京微齊力等本土FPGA廠(chǎng)商的動(dòng)態(tài)和產(chǎn)品進(jìn)展,都呈現出欣欣向榮的景象。但景氣背后,從技術(shù)層面來(lái)看,獨立的國產(chǎn)FPGA和國外巨頭差距仍舊較大。
正如“老石談芯”所強調的:技術(shù)的發(fā)展沒(méi)有捷徑,不要過(guò)分迷信“彎道超車(chē)”。特別是對于專(zhuān)利壁壘極高的FPGA產(chǎn)業(yè),不論是芯片架構、關(guān)鍵IP、高速接口等芯片硬件設計,還是FPGA設計工具和生態(tài)系統建設,都不太可能通過(guò)一次次“彎道超車(chē)”實(shí)現。Achronix的技術(shù)積累并非一蹴而就,而是需要長(cháng)達十幾年的時(shí)間不斷沉淀和創(chuàng )新。只有不斷在正確的賽道上積累和加速,才能像Achronix那樣,有朝一日在主流舞臺和那些主要玩家們同場(chǎng)競技。
國內FPGA企業(yè)要擁抱新技術(shù)、新方向,去發(fā)掘更多的差異化市場(chǎng),貼合細分市場(chǎng)需求進(jìn)行“微創(chuàng )新”;要有離開(kāi)“舒適區”,敢于對決的勇氣,向不斷蓬勃涌現的新興FPGA應用領(lǐng)域發(fā)起沖擊。
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