FPGA的舊時(shí)代似乎已經(jīng)走向終結(jié)。此前，華爾街日?qǐng)?bào)爆出AMD正在就收購賽靈思（Xilinx）進(jìn)行談判。如果該交易達(dá)成，交易額可能會(huì)超過300億美元（約合人民幣2014.44億元）。這已經(jīng)不是FPGA領(lǐng)域的首次大收購事件，早在六年前，英特爾就收購了Altera。

賽靈思與Altera曾是FPGA領(lǐng)域的雙巨頭，自從賽靈思發(fā)明了FPGA，至今已有40年了，在這個(gè)期間，無數(shù)大公司想殺入這個(gè)領(lǐng)域，每過十年，就有一批公司退出或倒下（被收購），直到最后形成了FPGA的雙巨頭格局。而如今，該局面正在被打破。離開經(jīng)濟(jì)上的考量，不難發(fā)現(xiàn)，是FPGA市場內(nèi)部正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。

兩大巨頭轉(zhuǎn)型背后

FPGA是一種很特殊的芯片，是由電路進(jìn)行編程的芯片，可以通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元，完成既定設(shè)計(jì)功能。傳統(tǒng)FPGA芯片面向的是低產(chǎn)量系統(tǒng)或原型系統(tǒng)，它們要么一直是低產(chǎn)量，要么在增大產(chǎn)量時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)而使用 ASIC。

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、AI的發(fā)展對(duì)于算力的需求增大，開發(fā)先進(jìn) ASIC 的成本模式在 finFET 領(lǐng)域遇到了麻煩，在后續(xù)節(jié)點(diǎn)上開發(fā)芯片的難度更大了、成本也更高了，而十億單位級(jí)別的芯片終端市場也已被大型移動(dòng)設(shè)備公司主宰。這些新的市場，卻為可編程邏輯帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

FPGA的半定制特性，比較適合專門用途，尤其適合AI深度學(xué)習(xí)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算，拿來跟CPU及GPU相比，F(xiàn)PGA運(yùn)算特定應(yīng)用的效率比CPU高得多，而可編程這一點(diǎn)來說，彈性比GPU更大；換言之，在AI領(lǐng)域，F(xiàn)PGA是相當(dāng)有優(yōu)勢(shì)的。

由于許多AI應(yīng)用要處理分析龐大數(shù)據(jù)文件，平行運(yùn)算能力需求高，GPU跟FPGA這方面相對(duì)較強(qiáng)，所以許多AI服務(wù)器的硬件設(shè)計(jì)，會(huì)以CPU搭配GPU，或者CPU搭配FPGA來設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA被當(dāng)作AI運(yùn)算加速器。

英特爾的意圖也許正是在此，收購Altera后，利用Altera技術(shù)，進(jìn)行異構(gòu)整合，采用CPU+FPGA的產(chǎn)品組合，捍衛(wèi)了其在數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢(shì)，而Altera也可以借此實(shí)現(xiàn)自身的轉(zhuǎn)型。對(duì)于賽靈思而言，同樣改變了以往的策略，在新的管理團(tuán)隊(duì)加入公司后，其不再強(qiáng)調(diào)“ FPGA”品牌，并宣布該公司為“數(shù)據(jù)中心優(yōu)先”。目前賽靈思和Altera都已經(jīng)推出了相關(guān)產(chǎn)品，并且獲得了用戶的一致認(rèn)可。

曾經(jīng)兩巨頭戰(zhàn)略的更改讓我們看到，現(xiàn)在的FPGA似乎已經(jīng)被徹底邊緣化，尤其在賽靈思的產(chǎn)品銷售中，純FPGA芯片的銷售量逐漸縮小，而CPU+FPGA水漲船高。兩巨頭積極轉(zhuǎn)型的背后，是舊FPGA時(shí)代的終結(jié)，也是新FPGA時(shí)代的開端。在這種情況下，另一大主力軍，eFPGA?成功進(jìn)入了人們的視野。

eFPGA的崛起

eFPGA（嵌入式FPGA）是指將一個(gè)或多個(gè)FPGA以IP的形式嵌入ASIC，ASSP或SoC等芯片中。換句話說，eFPGA是一種數(shù)字可重構(gòu)結(jié)構(gòu)，由可編程互連中的可編程邏輯組成，通常表現(xiàn)為矩形陣列，數(shù)據(jù)輸入和輸出位于邊緣周圍。eFPGA通常具有數(shù)百或數(shù)千個(gè)輸入和輸出，可連接到總線、數(shù)據(jù)路徑、控制路徑、GPIO、PHY或任何需要的器件。

eFPGA作為一種存在許久的設(shè)計(jì)理念，在近年逐漸重新獲得人們的關(guān)注，這涉及到技術(shù)和市場環(huán)境的變化問題。其中包括摩爾定律失效，目前類似協(xié)議和封裝的標(biāo)準(zhǔn)一直在快速變化。過去的應(yīng)對(duì)方法是每隔幾年就重新設(shè)計(jì)芯片，以滿足市場需求，但這樣的流程讓成本也逐漸增加。另外，數(shù)據(jù)中心對(duì)芯片的可編程化需求日益提升。eFPGA的出現(xiàn)很好的解決了這些問題。

其次是更多MCU廠商求變。在以微控制器（MCU）為代表的低端市場，eFPGA已經(jīng)成功吸引了大家的注意力。這是因?yàn)閺S商都希望通過提高芯片出貨量來增加利潤，而使用FPGA可以為不同客戶量身定做提供某一種MCU的多種版本從而提高出貨量。

當(dāng)然，誠如上文所言，也有機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用的快速發(fā)展的原因。在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，F(xiàn)PGA是一個(gè)不能忽視的重要角色。尤其是現(xiàn)在數(shù)據(jù)的大爆發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求激增，進(jìn)而提高了對(duì)服務(wù)器降溫和功耗的需求，eFPGA提供了一種高帶寬、低延遲、低功耗和低成本的產(chǎn)品選擇。

更為主要的是，eFPGA本身的優(yōu)點(diǎn)，它們可以使用任意工藝尺寸制造，可以為任意應(yīng)用調(diào)控尺寸大小。對(duì)于可編程邏輯而言，經(jīng)濟(jì)模式發(fā)生了變化。

FPGA 芯片往往有非常高的功耗、非常高的性能、前沿的工藝技術(shù)和非常高的成本。與傳統(tǒng)FPGA相比，eFPGA的功率密度要低得多，或者ASIC與SoC上的其他IP，因此其動(dòng)態(tài)功耗也相對(duì)較低。不僅如此，與FPGA相比，eFPGA不需要實(shí)現(xiàn)可編程的I/O部分，因?yàn)榕ceFPGA相互通信的ASIC IP在設(shè)計(jì)時(shí)就已固定。當(dāng)去掉了可編程I/O部分之后，對(duì)于同等邏輯密度的FPGA而言，eFPGA的芯片面積會(huì)極大縮減。在嵌入式市場，很多客戶對(duì)成本非常敏感。諸如此類，優(yōu)勢(shì)繁多。但要說的是，真正讓eFPGA火起來走進(jìn)大眾視野的，還得提到一家公司--Achronix。

上文也提到，這么多年來，F(xiàn)PGA行業(yè)的主要市場份額常年被賽靈思和Altera（被英特爾收購）兩家公司牢牢掌握。隨著時(shí)間的積累，這兩家公司逐漸構(gòu)建起一道由上萬件核心技術(shù)專利組成的“護(hù)城河”，而這條護(hù)城河也成功阻止了很多FPGA公司進(jìn)一步發(fā)展的腳步。一些存活下來的公司，比如Lattice和Microsemi，往往只能靠劍走偏鋒，專攻低功耗、航空航天等特殊的應(yīng)用領(lǐng)域。

Achronix作為一家后來者，選擇在人工智能、高速網(wǎng)絡(luò)處理等領(lǐng)域和傳統(tǒng)FPGA巨頭硬剛，并取得了一定的成績，是十分難能可貴的。Achronix成立于2004年，是一個(gè)專注于高性能FPGA產(chǎn)品的公司。該公司剛成立的時(shí)候是作為美國常春藤名?？的螤柎髮W(xué)的附屬公司而存在的，而公司的產(chǎn)品也是來源于康奈爾大學(xué)的授權(quán)。

此前，Achronix一直銷售高端FPGA，該公司決定在幾年后提供嵌入式FPGA（eFPGA IP），為提供可行的解決方案做出必要的投資。該公司曾公開表示，與獨(dú)立FPGA芯片相比，其eFPGA產(chǎn)品Speedcore eFPGA提供了更高的加速能力，可實(shí)現(xiàn)10倍的低延遲和10倍的高帶寬。得益于此，其2017年的營收較2016年增長了700%，并在2018年IP收入超過5000萬美元。充分說明了eFPGA具有巨大的發(fā)展空間。

eFPGA領(lǐng)域的玩家們

到今天，eFPGA的概念已經(jīng)獲得了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，而該領(lǐng)域的公司也在慢慢變多。

FlexLogix

FlexLogix是eFPGA的先驅(qū)，提供用于制造柔性芯片和加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理的解決方案。其eFPGA平臺(tái)使芯片能夠靈活地處理不斷變化的協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)，算法和客戶需求，并實(shí)現(xiàn)可重配置的加速器，與處理器相比，可將關(guān)鍵工作負(fù)載的速度提高30至100倍。

QuickLogic

QuickLogic是老牌FPGA廠商，致力于開發(fā)低功耗，多核半導(dǎo)體平臺(tái)以及用于人工智能（“ AI”），語音和傳感器處理的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（“ IP”）。之后也加入了eFPGA的戰(zhàn)場，帶來了ArcticPro系列IP。其主要市場是超低功耗SoC市場，例如藍(lán)牙、物聯(lián)網(wǎng)等等，它的eFPGA將給這些超低功耗SoC帶來可配置性，從而實(shí)現(xiàn)更好的功耗與成本。另外，QuickLogic的eFPGA支持以性價(jià)比高著稱的SMIC，也是其一大亮點(diǎn)。

Menta

Menta是歐洲碩果僅存的eFPGA供應(yīng)商。是歐洲唯一經(jīng)過驗(yàn)證的，可將其IP嵌入到客戶SoC和ASIC中的可編程邏輯提供商。這種可編程邏輯采用嵌入式FPGA IP的形式。為客戶提供了將其SoC的一小部分，讓其實(shí)現(xiàn)低功耗FPGA的可能性，可以由他們或客戶在現(xiàn)場進(jìn)行編程。

NanoXplore

NanoXplore是一家總部位于法國公司。該公司是為最先進(jìn)的FPGA內(nèi)核設(shè)計(jì)大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵械南闰?qū)。NanoXplore提供先進(jìn)的經(jīng)過硅驗(yàn)證的eFPGA IP，在領(lǐng)先的代工廠中支持高達(dá)28nm的成熟技術(shù)。NanoXplore還為電子設(shè)備開發(fā)了一種高度創(chuàng)新的診斷技術(shù)，稱為Silicon Rating。

ADICSYS

ADICSYS是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，為ASIC和SOC設(shè)計(jì)和許可軟FPGA IP。這些可編程內(nèi)核可以輕松，完全地集成到用戶的RTL設(shè)計(jì)流程中。ADICSYS建立在定制FPGA和eFPGA項(xiàng)目以及領(lǐng)先的半導(dǎo)體產(chǎn)品領(lǐng)域十多年的經(jīng)驗(yàn)之上。與其他IP一樣，將FPGA功能包含在ASIC中的獨(dú)特機(jī)會(huì)帶來了所需的靈活性，可以在不重新設(shè)計(jì)芯片的情況下修改功能，或者允許器件滿足廣泛的應(yīng)用需求。在這兩種情況下，都可以更好地控制NRE和TTM。

Efinix

Efinix是可編程產(chǎn)品平臺(tái)和技術(shù)的創(chuàng)新者。該公司的Quantum可編程技術(shù)可實(shí)現(xiàn)ASIC，ASSP和FPGA領(lǐng)域的高級(jí)可編程芯片產(chǎn)品。憑借Quantum的Power-Performance-Area優(yōu)勢(shì)，Efinix產(chǎn)品可滿足大批量，低功耗和小尺寸產(chǎn)品的需求。Efinix的聯(lián)合開發(fā)活動(dòng)側(cè)重于基礎(chǔ)架構(gòu)，數(shù)據(jù)中心和先進(jìn)的硅工藝，進(jìn)一步擴(kuò)大了該公司在可編程行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。

在半導(dǎo)體創(chuàng)業(yè)公司稀少的時(shí)代，這些eFPGA 創(chuàng)業(yè)公司就已經(jīng)迅猛發(fā)展。Flex Logix、Menta等公司獲得了不少投資，Achronix 和 QuickLogic 等其它一些公司也根據(jù)內(nèi)部的增長預(yù)期而大力投資 eFPGA。

總結(jié)

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的發(fā)展，市場對(duì)芯片算力的要求與日俱增，廠商在架構(gòu)和工藝上提升性能的瓶頸逐漸出現(xiàn)，eFPGA技術(shù)勢(shì)必將在市場上大放異彩。這些eFPGA廠商的興起也為國產(chǎn)FPGA廠商提供了可借鑒的啟示和經(jīng)驗(yàn)。

首先，技術(shù)發(fā)展沒有捷徑，Achronix能夠在2017年一炮而紅也是因?yàn)殚L時(shí)間不斷沉淀和創(chuàng)新。對(duì)于專利壁壘極高的FPGA產(chǎn)業(yè)來說，不論是芯片架構(gòu)、關(guān)鍵IP、高速接口等芯片硬件設(shè)計(jì)，還是FPGA設(shè)計(jì)工具和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，都不太可能通過一次次“彎道超車”實(shí)現(xiàn)。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(tái)和那些主要玩家們同場競技。

其次是找好角度實(shí)現(xiàn)突破，在傳統(tǒng)FPGA廠商轉(zhuǎn)向CPU+FPG模式時(shí)，eFPGA成為了背后的突圍者。對(duì)于我國的FPGA公司，也應(yīng)該努力走出自己的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，向不斷蓬勃涌現(xiàn)的新興FPGA應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)起沖擊。不積跬步，無以至千里。在不斷積累的同時(shí)，尋求突破與創(chuàng)新也許是國產(chǎn)廠商的制勝法則。
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