工藝競賽無休止 高端FPGA市場格局如何演變?

高端FPGA市場格局：明爭工藝 暗戰(zhàn)市場

Achronix作為新兵如何與老將對決?在與臺積電代工合作20年之后Altera為何選擇了英特爾?在工藝上選擇多家合作伙伴的Xilinx未來又將與誰共譜先進(jìn)工藝“戀曲”?一連串動作不得不引發(fā)業(yè)界大猜想。

雖然FPGA業(yè)的參與者“屈指可數(shù)”，但最近的兩則重磅消息在業(yè)界釋放其巨大的能量：由Altera前總裁加盟擔(dān)綱CEO的Achronix公司最近宣布開始交付基于英特爾22 nm工藝開發(fā)的22nm Speedster22i系列FPGA，直接劍指由Altera和Xilinx(賽靈思)等占據(jù)主角的高端FPGA市場;而近日Altera宣稱與英特爾就14nm Tri-Gate工藝生產(chǎn)線合作，并宣稱是目前唯一采用這一先進(jìn)工藝的FPGA廠家。Achronix作為新兵如何與老將對決?在與臺積電代工合作20年之后Altera為何選擇了英特爾?在工藝上選擇多家合作伙伴的Xilinx未來又將與誰共譜先進(jìn)工藝“戀曲”?一連串動作不得不引發(fā)業(yè)界大猜想。

Altera為何選擇英特爾?

設(shè)計(jì)企業(yè)與代工廠合作多年之后不會輕易更換，因?yàn)檫@意味著要適應(yīng)新的設(shè)計(jì)規(guī)則。這樣的過渡需要時間。Altera此舉也說明在代工市場上沒有常勝將軍。

Altera與臺積電的合作已逾20年，并且一直只用臺積電(TSMC)一家代工廠。而FPGA另一巨頭Xilinx的代工合作伙伴則從聯(lián)電、東芝、三星到臺積電等都有涉足。此次Altera與臺積電“相愛”20年后轉(zhuǎn)投英特爾懷抱，采取雙代工模式，不禁讓業(yè)界質(zhì)疑其背后的緣由。

根據(jù)業(yè)內(nèi)專家莫大康的分析，Altera宣稱與英特爾14nm Tri-Gate工藝進(jìn)行合作對臺積電的影響很大，表明臺積電在14nm工藝開發(fā)上遇到了“攔路虎”。英特爾的路線圖表明在2013年其14nm將研發(fā)成功，2014年底或者2015年就能量產(chǎn)。而臺積電的時間表是在2014年20nm量產(chǎn)，2015年導(dǎo)入FinFET工藝，研發(fā)16nm，所以真正量產(chǎn)16nm要到2016年或者2017年。再到攻克14nm，時間將更拖后。兩相比較，英特爾在14nm制程量產(chǎn)方面，至少領(lǐng)先臺積電3年以上。Altera等不及才下決心轉(zhuǎn)向英特爾。莫大康進(jìn)一步分析說：“設(shè)計(jì)企業(yè)與代工廠合作多年之后不會輕易更換，因?yàn)檫@意味著要調(diào)整到另一種新的制程技術(shù)、適應(yīng)新的設(shè)計(jì)規(guī)則。這種過渡需要時間。Altera此舉也說明在代工市場上沒有常勝將軍。”

Altera國際市場部李儉在接受記者專訪時表示，Altera選擇代工的原則是最優(yōu)化性價比，不只考慮半導(dǎo)體工藝，還包括工具、軟件支持、硬件開發(fā)難度等，因此Altera的中高端產(chǎn)品采用高性能工藝，低端產(chǎn)品則采用低功耗工藝。英特爾的14nm工藝技術(shù)在業(yè)界保持領(lǐng)先，借助英特爾垂直化的集成晶圓代工服務(wù)(包括晶圓加工、器件封裝、測試和量產(chǎn)器件質(zhì)量保障)，將助力Altera的FPGA領(lǐng)先競爭對手。

其實(shí)Altera與英特爾的淵源已久。除了代工關(guān)系，Altera和英特爾還有諸多其他合作。在2010年，兩家公司合作開發(fā)了英特爾Atom處理器E6x5C系列，在多芯片封裝中結(jié)合了E6x5C處理器和Altera的FPGA。

當(dāng)然，Altera也不會斷絕這么多年與臺積電的“深厚”情誼。Altera宣稱會繼續(xù)與臺積電合作，臺積電仍然是Altera關(guān)鍵的長期戰(zhàn)略合作伙伴，將在20nm以下工藝?yán)^續(xù)合作?；蛟S這算是Altera多年合作之后的“關(guān)懷”之舉。看到昔日盟友成為“對手”的“座上賓”，臺積電難免“五味雜陳”。

而在是否考慮其他代工伙伴方面，Altera的答復(fù)是：一直在評估來自多家供應(yīng)商，以及不斷發(fā)展的工藝技術(shù)，觀察相關(guān)技術(shù)能否應(yīng)用于Altera未來的產(chǎn)品。除了工藝技術(shù)，Altera還關(guān)注封裝供應(yīng)商、基底供應(yīng)商以及測試供應(yīng)商，以評估是否需要他們的技術(shù)。無論如何，在最先進(jìn)工藝開發(fā)方面，Altera走在了業(yè)界前列。放眼望去，目前14nm工藝最為成熟的非英特爾莫屬，臺積電、三星、特許等代工巨頭要在這一工藝上爭取更多合作伙伴，還需加快追趕的步伐。

高端FPGA市場格局如何演變?

Achronix最先推出性價比更優(yōu)的22nmFPGA產(chǎn)品，在高端FPGA市場能否有所作為，關(guān)鍵要看Altera和Xilinx宣稱的20nm FPGA何時能提供樣片，量產(chǎn)進(jìn)度如何。

Achronix公司22nm Speedster22i系列FPGA目前已可向客戶交付工程樣片，Achronix公司總裁兼首席執(zhí)行官Robert Blake也直言Achronix直接劍指高端FPGA市場。據(jù)統(tǒng)計(jì)到2014年，全球高端FPGA市場規(guī)模至少達(dá)到30億美元，ASSP和ASIC市場規(guī)模在110億美元左右，高端FPGA需求十分可觀。Achronix選擇這塊一直由Xilinx和Altera把持的“難啃的骨頭”的信心來自何方?

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Robert Blake在接受記者電話采訪時指出，由于采用英特爾22nm 3D Tri-Gate晶體管技術(shù)，不僅其產(chǎn)品的功耗和成本是主要競爭對手28nm器件的一半，而且是業(yè)內(nèi)唯一內(nèi)嵌10G/40G/100G以太網(wǎng)MAC、100Gbps Interlaken、PCI Express Gen1/2/3和2.133Gbps DDR3控制器硬核IP的FPGA器件。Robert Blake解釋說，在競爭對手的FPGA產(chǎn)品中，這些功能都由軟件IP來實(shí)現(xiàn)，這需要額外的幾萬甚至幾十萬個額外的LUTs(查找表)，也為FPGA設(shè)計(jì)增加了大量的成本和功耗。此外，嵌入式硬核IP還消除了采購、集成和測試這些功能相應(yīng)的軟核IP成本。并且，隨著客戶越來越關(guān)注設(shè)計(jì)效率，Speedster22i FPGA的HD(高容量)和HP(高性能)兩大系列都能提供功能強(qiáng)大且可靠的ACE設(shè)計(jì)軟件4.2版本支持，對曾經(jīng)使用過構(gòu)建于Eclipse平臺的其他任何設(shè)計(jì)工具的工程師都簡單易學(xué)。目前其ACE 4.2已經(jīng)有超過500個授權(quán)方使用，并支持Windows和Linux兩個版本。

雖然是FPGA業(yè)界的后起之秀，但Achronix也在加快排兵部陣。Robert Blake說：“Speedster22i FPGA主要針對通信、測試和高性能計(jì)算等應(yīng)用，今年銷售預(yù)計(jì)在1億美元左右。”Robert Blake還表示：“中國現(xiàn)已成為全球最大的高端FPGA市場，市場規(guī)模已經(jīng)超過日本、歐洲。Achronix目前在深圳已經(jīng)設(shè)立辦事處——亞克尼斯半導(dǎo)體技術(shù)有限公司，會有原廠FAE為中國客戶提供技術(shù)支持。”

雖然Achronix總裁對其與英特爾的關(guān)系諱莫如深，但其蟄伏多年之后一出手就定位高端，也不容小覷。盡管此時力量還略顯單薄，與FPGA巨頭Altera和Xilinx等相比還難以抗衡，但其最先推出性價比更優(yōu)的22nmFPGA產(chǎn)品，如果市場推廣、軟件開發(fā)、客戶合作、技術(shù)支持加速到位的話，還是能在高端FPGA市場有所作為的。關(guān)鍵就看Altera和Xilinx宣稱的20nm FPGA何時能提供樣片，量產(chǎn)進(jìn)度如何了。李儉表示，在高端FPGA市場，比拼的不只是產(chǎn)品性價比，還取決于系統(tǒng)工程能力如開發(fā)工具、軟件支持、IP、硬件配套(如收發(fā)器等)。未來市場演變還有待時間檢驗(yàn)。

FPGA工藝競賽無休止?

28nm FPGA還沒被市場徹底消化，65nm、40nm FPGA還在市場上大量應(yīng)用，對14nm工藝的爭奪已拉開帷幕，讓人感慨FPGA市場的競爭需要“綜合型選手”。

此前Xilinx宣稱與臺積電合作今年將要試產(chǎn)20nm FPGA，而且Altera和Xilinx都大力宣稱其20nm FPGA相比28nm FPGA有創(chuàng)新型表現(xiàn)。工藝一直是FPGA繞不過的“坎”。事實(shí)上，由于電路結(jié)構(gòu)較為單純，F(xiàn)PGA一直都是率先采用先進(jìn)制程的典范，這也是FPGA一直能有制程技術(shù)突破的主因。而采用更新的制程技術(shù)，也讓FPGA的功能不斷強(qiáng)化。回顧FPGA從1990年代取代膠合邏輯元件，2000年代試圖取代ASIC、DSP等元件，到2010年代初正式跨入22nm，現(xiàn)在14nm工藝產(chǎn)品又即將浮出水面，讓人不得不感慨FPGA廠商的工藝升級壓力已如同“緊箍咒”一般，難以休止。

而且，如今FPGA設(shè)計(jì)人員面臨的首要挑戰(zhàn)就是如何滿足功耗要求，隨著制造工藝從65nm到40nm，再發(fā)展到28nm、22nm、14nm，器件密度和性能提升顯著，而(靜態(tài)和動態(tài))功耗增長很快，業(yè)內(nèi)對降低功耗的呼聲很高，而14nm Tri-Gate工藝當(dāng)仁不讓擔(dān)當(dāng)“重任”。李儉介紹說，平面工藝在20nm節(jié)點(diǎn)即遇到瓶頸，因?yàn)楣牡膯栴}沒法解決，而14nm Tri-Gate技術(shù)產(chǎn)生的漏電流小，單位能耗有非常大的降低，這將成為未來FPGA廠商決勝的利器。

從效果來看，20nm FPGA與28nm FPGA相比，功耗降低了60%，性能提升了50%;14nmFPGA與20nm FPGA相比，功耗又降低了50%。可以說，F(xiàn)PGA工藝競賽已經(jīng)到了這一步，F(xiàn)PGA廠商都要思量是否有能力“接招”。

Robert Blake也說，Achronix下一步在著力開發(fā)14nm工藝FPGA，以確保在競爭對手20nm FPGA出來后，我們?nèi)阅芾^續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢。

Xilinx雖然到記者發(fā)稿時為止還未能正面回復(fù)對此事的看法，但憑借其實(shí)力，當(dāng)然不會做“壁上觀”，或許沒過多久就會引爆另一個重磅新聞。在28nm FPGA還沒被市場徹底消化之際，在65nm、40nm FPGA還在市場上大量應(yīng)用之際，14nm工藝的爭奪又已拉開帷幕，讓人感慨FPGA市場的競爭需要“綜合型選手”既要有能力沖刺，也要有耐力跑馬拉松——在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)沖刺成功，才能接著跑馬拉松?；蛟S，7nm也已不遠(yuǎn)了。