工艺竞赛无休止 高端FPGA市场格局如何演变?

高端FPGA市场格局：明争工艺 暗战市场

Achronix作为新兵如何与老将对决?在与台积电代工合作20年之后Altera为何选择了英特尔?在工艺上选择多家合作伙伴的Xilinx未来又将与谁共谱先进工艺“恋曲”?一连串动作不得不引发业界大猜想。

虽然FPGA业的参与者“屈指可数”，但最近的两则重磅消息在业界释放其巨大的能量：由Altera前总裁加盟担纲CEO的Achronix公司最近宣布开始交付基于英特尔22 nm工艺开发的22nm Speedster22i系列FPGA，直接剑指由Altera和Xilinx(赛灵思)等占据主角的高端FPGA市场;而近日Altera宣称与英特尔就14nm Tri-Gate工艺生产线合作，并宣称是目前唯一采用这一先进工艺的FPGA厂家。Achronix作为新兵如何与老将对决?在与台积电代工合作20年之后Altera为何选择了英特尔?在工艺上选择多家合作伙伴的Xilinx未来又将与谁共谱先进工艺“恋曲”?一连串动作不得不引发业界大猜想。

Altera为何选择英特尔?

设计企业与代工厂合作多年之后不会轻易更换，因为这意味着要适应新的设计规则。这样的过渡需要时间。Altera此举也说明在代工市场上没有常胜将军。

Altera与台积电的合作已逾20年，并且一直只用台积电(TSMC)一家代工厂。而FPGA另一巨头Xilinx的代工合作伙伴则从联电、东芝、三星到台积电等都有涉足。此次Altera与台积电“相爱”20年后转投英特尔怀抱，采取双代工模式，不禁让业界质疑其背后的缘由。

根据业内专家莫大康的分析，Altera宣称与英特尔14nm Tri-Gate工艺进行合作对台积电的影响很大，表明台积电在14nm工艺开发上遇到了“拦路虎”。英特尔的路线图表明在2013年其14nm将研发成功，2014年底或者2015年就能量产。而台积电的时间表是在2014年20nm量产，2015年导入FinFET工艺，研发16nm，所以真正量产16nm要到2016年或者2017年。再到攻克14nm，时间将更拖后。两相比较，英特尔在14nm制程量产方面，至少领先台积电3年以上。Altera等不及才下决心转向英特尔。莫大康进一步分析说：“设计企业与代工厂合作多年之后不会轻易更换，因为这意味着要调整到另一种新的制程技术、适应新的设计规则。这种过渡需要时间。Altera此举也说明在代工市场上没有常胜将军。”

Altera国际市场部李俭在接受记者专访时表示，Altera选择代工的原则是最优化性价比，不只考虑半导体工艺，还包括工具、软件支持、硬件开发难度等，因此Altera的中高端产品采用高性能工艺，低端产品则采用低功耗工艺。英特尔的14nm工艺技术在业界保持领先，借助英特尔垂直化的集成晶圆代工服务(包括晶圆加工、器件封装、测试和量产器件质量保障)，将助力Altera的FPGA领先竞争对手。

其实Altera与英特尔的渊源已久。除了代工关系，Altera和英特尔还有诸多其他合作。在2010年，两家公司合作开发了英特尔Atom处理器E6x5C系列，在多芯片封装中结合了E6x5C处理器和Altera的FPGA。

当然，Altera也不会断绝这么多年与台积电的“深厚”情谊。Altera宣称会继续与台积电合作，台积电仍然是Altera关键的长期战略合作伙伴，将在20nm以下工艺继续合作。或许这算是Altera多年合作之后的“关怀”之举。看到昔日盟友成为“对手”的“座上宾”，台积电难免“五味杂陈”。

而在是否考虑其他代工伙伴方面，Altera的答复是：一直在评估来自多家供应商，以及不断发展的工艺技术，观察相关技术能否应用于Altera未来的产品。除了工艺技术，Altera还关注封装供应商、基底供应商以及测试供应商，以评估是否需要他们的技术。无论如何，在最先进工艺开发方面，Altera走在了业界前列。放眼望去，目前14nm工艺最为成熟的非英特尔莫属，台积电、三星、特许等代工巨头要在这一工艺上争取更多合作伙伴，还需加快追赶的步伐。

高端FPGA市场格局如何演变?

Achronix最先推出性价比更优的22nmFPGA产品，在高端FPGA市场能否有所作为，关键要看Altera和Xilinx宣称的20nm FPGA何时能提供样片，量产进度如何。

Achronix公司22nm Speedster22i系列FPGA目前已可向客户交付工程样片，Achronix公司总裁兼首席执行官Robert Blake也直言Achronix直接剑指高端FPGA市场。据统计到2014年，全球高端FPGA市场规模至少达到30亿美元，ASSP和ASIC市场规模在110亿美元左右，高端FPGA需求十分可观。Achronix选择这块一直由Xilinx和Altera把持的“难啃的骨头”的信心来自何方?

Robert Blake在接受记者电话采访时指出，由于采用英特尔22nm 3D Tri-Gate晶体管技术，不仅其产品的功耗和成本是主要竞争对手28nm器件的一半，而且是业内唯一内嵌10G/40G/100G以太网MAC、100Gbps Interlaken、PCI Express Gen1/2/3和2.133Gbps DDR3控制器硬核IP的FPGA器件。Robert Blake解释说，在竞争对手的FPGA产品中，这些功能都由软件IP来实现，这需要额外的几万甚至几十万个额外的LUTs(查找表)，也为FPGA设计增加了大量的成本和功耗。此外，嵌入式硬核IP还消除了采购、集成和测试这些功能相应的软核IP成本。并且，随着客户越来越关注设计效率，Speedster22i FPGA的HD(高容量)和HP(高性能)两大系列都能提供功能强大且可靠的ACE设计软件4.2版本支持，对曾经使用过构建于Eclipse平台的其他任何设计工具的工程师都简单易学。目前其ACE 4.2已经有超过500个授权方使用，并支持Windows和Linux两个版本。

虽然是FPGA业界的后起之秀，但Achronix也在加快排兵部阵。Robert Blake说：“Speedster22i FPGA主要针对通信、测试和高性能计算等应用，今年销售预计在1亿美元左右。”Robert Blake还表示：“中国现已成为全球最大的高端FPGA市场，市场规模已经超过日本、欧洲。Achronix目前在深圳已经设立办事处——亚克尼斯半导体技术有限公司，会有原厂FAE为中国客户提供技术支持。”

虽然Achronix总裁对其与英特尔的关系讳莫如深，但其蛰伏多年之后一出手就定位高端，也不容小觑。尽管此时力量还略显单薄，与FPGA巨头Altera和Xilinx等相比还难以抗衡，但其最先推出性价比更优的22nmFPGA产品，如果市场推广、软件开发、客户合作、技术支持加速到位的话，还是能在高端FPGA市场有所作为的。关键就看Altera和Xilinx宣称的20nm FPGA何时能提供样片，量产进度如何了。李俭表示，在高端FPGA市场，比拼的不只是产品性价比，还取决于系统工程能力如开发工具、软件支持、IP、硬件配套(如收发器等)。未来市场演变还有待时间检验。

FPGA工艺竞赛无休止?

28nm FPGA还没被市场彻底消化，65nm、40nm FPGA还在市场上大量应用，对14nm工艺的争夺已拉开帷幕，让人感慨FPGA市场的竞争需要“综合型选手”。

此前Xilinx宣称与台积电合作今年将要试产20nm FPGA，而且Altera和Xilinx都大力宣称其20nm FPGA相比28nm FPGA有创新型表现。工艺一直是FPGA绕不过的“坎”。事实上，由于电路结构较为单纯，FPGA一直都是率先采用先进制程的典范，这也是FPGA一直能有制程技术突破的主因。而采用更新的制程技术，也让FPGA的功能不断强化。回顾FPGA从1990年代取代胶合逻辑元件，2000年代试图取代ASIC、DSP等元件，到2010年代初正式跨入22nm，现在14nm工艺产品又即将浮出水面，让人不得不感慨FPGA厂商的工艺升级压力已如同“紧箍咒”一般，难以休止。

而且，如今FPGA设计人员面临的首要挑战就是如何满足功耗要求，随着制造工艺从65nm到40nm，再发展到28nm、22nm、14nm，器件密度和性能提升显著，而(静态和动态)功耗增长很快，业内对降低功耗的呼声很高，而14nm Tri-Gate工艺当仁不让担当“重任”。李俭介绍说，平面工艺在20nm节点即遇到瓶颈，因为功耗的问题没法解决，而14nm Tri-Gate技术产生的漏电流小，单位能耗有非常大的降低，这将成为未来FPGA厂商决胜的利器。

从效果来看，20nm FPGA与28nm FPGA相比，功耗降低了60%，性能提升了50%;14nmFPGA与20nm FPGA相比，功耗又降低了50%。可以说，FPGA工艺竞赛已经到了这一步，FPGA厂商都要思量是否有能力“接招”。

Robert Blake也说，Achronix下一步在着力开发14nm工艺FPGA，以确保在竞争对手20nm FPGA出来后，我们仍能继续保持领先优势。

Xilinx虽然到记者发稿时为止还未能正面回复对此事的看法，但凭借其实力，当然不会做“壁上观”，或许没过多久就会引爆另一个重磅新闻。在28nm FPGA还没被市场彻底消化之际，在65nm、40nm FPGA还在市场上大量应用之际，14nm工艺的争夺又已拉开帷幕，让人感慨FPGA市场的竞争需要“综合型选手”既要有能力冲刺，也要有耐力跑马拉松——在关键节点冲刺成功，才能接着跑马拉松。或许，7nm也已不远了。