中端FPGA成新利基，低成本低功耗成決戰(zhàn)砝碼

在并購浪潮的裹挾下，半導(dǎo)體從業(yè)者也更加小心翼翼，如履薄冰。就算在“曲高和寡”的小眾FPGA市場，也已變數(shù)重生，早先被賽靈思、Altera、萊迪思(LatTIce)和美高森美(Microsemi)瓜分的座次已然 “變臉”： Altera前年被英特爾(Intel)耗費167億美元收購變身為英特爾PSG事業(yè)部，中資背景的基金Canyon Bridge以13億美元納入萊迪思，而美高森美是在2011年收購Actel入圍FPGA戰(zhàn)局，亦有傳聞高通提議150億美元并購賽靈思。雖然格局撲朔，但伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、大數(shù)據(jù)、機器人、無人機的興起，F(xiàn)PGA市場前景愈加廣闊。據(jù)Gartner統(tǒng)計，從2014年到2023年，F(xiàn)PGA的年均增長率達7%。對于置身其中的廠商而言，如何從戰(zhàn)略上鞏固優(yōu)勢、戰(zhàn)術(shù)上左右捭闔才能從長計議。

1、FPGA路線涇渭分明 中端FPGA將成利基

翻閱FPGA的歷史，會發(fā)現(xiàn)從IBM、東芝、三星電子、摩托羅拉及飛利浦等業(yè)者，過去10多年來均未能成功跨足FPGA芯片市場，甚至英特爾亦以耗費167億美元的代價收購Altera后才算正式涉足這一市場。究其原因，最關(guān)鍵的是現(xiàn)存業(yè)者以近9000個專利構(gòu)建出一個高聳的專利圍墻，后進者要分食全球FPGA芯片市場面臨的阻礙與挑戰(zhàn)可以想見。

而在碩果僅存的賽靈思、Altera、萊迪思和美高森美“四大金剛”中，走的路線也涇渭分明：一方面占據(jù)高端市場賽靈思和英特爾PSG著力于拼技術(shù)、拼工藝，其FPGA往往采用最先進的工藝，并深挖工藝的潛力，已著手采用最先進的1Xnm甚至以下工藝。并且，由于采用更昂貴的先進工藝，一般會通過瀑布式的裁剪邏輯單元來配置中低端FPGA。另一方面，萊迪思和美高森美走的是低端FPGA路線，萊迪思以小尺寸、低功耗、低成本的FPGA搶占消費電子和物聯(lián)網(wǎng)市場，其iCE40系列是世界上唯一的uWatt FPGA。美高森美則通過收購Actel，積累了密度始于30KLE的IGLOO 和 ProASIC3 可重編程非易失性產(chǎn)品線，以及始于 150K LE的5G收發(fā)器的SmartFusion2 和 IGLOO2 器件FPGA。

隨著市場的演變，以及定位的變化，這些廠商也在新一輪的角逐中硝煙再起。“隨著通信、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)4.0的發(fā)展，對1G到40G 的帶寬需求走高，成為中端FPGA的理想應(yīng)用領(lǐng)域，但亦提出了低成本、低功耗、安全性和可靠性兼具的需求。”美高森美FPGA系統(tǒng)級芯片產(chǎn)品組高級產(chǎn)品線營銷總監(jiān)Shakeel Peera對《智慧產(chǎn)品圈》記者如是說。

從市場來看，中端FPGA將成新的“利基”市場。從目前產(chǎn)品來看，亦有足夠的成長想象空間。Shakeel Peera分析說，選擇中端器件時優(yōu)先考慮收發(fā)器和功耗成本。賽靈思和英特爾PSG因要優(yōu)先考慮推出先進工藝的高端產(chǎn)品，為攤銷成本，一般會通過瀑布式由上而下“裁剪”來量產(chǎn)中低端產(chǎn)品，因而在成本和功耗方面會有“折衷”，導(dǎo)致效率的損失和成本的提升。而LatTIce主攻消費電子，收發(fā)器性能難以上靠10G，并且如進軍中端市場需采用28nm工藝，這需要大量的投入，對于LatTIce來說稍有難度。

2、中端FPGA著重考量低成本和低功耗

看到市場的“空白”，近日推出的PolarFire FPGA成為美高森美進軍中端FPGA的一大利器。從這款名字可以看出美高森美的“雄心”，因為PolarFire的直譯基本就是“冰火相融”。而這款寄與厚望的產(chǎn)品出手已然不凡。

Shakeel Peera稱，F(xiàn)PGA優(yōu)勢體現(xiàn)在：一是低功耗，二是成本優(yōu)化，三是出色的安全性和可靠性。

具體來看，PolarFire FPGA功耗比競爭對手同類型FPGA降低多達50%，成效顯著。Shakeel Peera解釋說，這來自五方面的優(yōu)化，一是靜態(tài)功耗優(yōu)化，采用NVM(非易失存儲器)工藝帶來比SRAM總體低十分之一的靜態(tài)功耗，如100KLE器件為25mW;二是通常啟動會帶來浪涌，但PolarFire實現(xiàn)了零浪涌電流。三是創(chuàng)新性的收發(fā)器架構(gòu)實現(xiàn)了功耗優(yōu)化。四是其Flash*Freeze深度睡眠模式，允許更多的電路處于睡眠模式和立即喚醒模式。五是硬件IP支持，例如DDR和SGMII PHY、PCIe等。這不僅可增加熱冗余度，提升計算能力，此外還無需散熱器和風扇，降低整體的運營和維護成本。

PolarFire FPGA還具備全面的IP保護、信任根、安全的通信、防篡改等安全性優(yōu)勢，此外還配置單元的SEU免疫架構(gòu)配置和在存儲器上實現(xiàn) SECDED功能保護，提供業(yè)界最佳可靠性。

“成本優(yōu)化方面的決竅在于，一是采用最高性價比的、基于SONOS的28nm CMOS工藝，而非昂貴的HKMG或FinFET工藝。二是優(yōu)化的架構(gòu)，從 I/O、收發(fā)器速率、LUT4 架構(gòu)、到存儲器和 DSP，均專門針對中帶寬應(yīng)用打造。三是收發(fā)器性能針對12.7 Gbps收發(fā)器而優(yōu)化，具更小尺寸和更低功耗。四是1.6Gbps I/O 支持SGMⅡ，是業(yè)內(nèi)唯一一款具有這項性能的中等密度器件。” Shakeel Peera分析說。

“可以說，新的PolarFire FPGA系列重新定義了市場對于中等密度FPGA的認知。”美高森美副總裁兼業(yè)務(wù)部經(jīng)理Bruce Weyer強調(diào)說。而通過PolarFire FPGA器件，美高森美FPGA的潛在市場將擴展至有線接入和通信基礎(chǔ)設(shè)施、國防和航空，以及物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè) 4.0等應(yīng)用，從原有的15億美元市場擴展至25億美元。

3、未來競爭向平臺生態(tài)展開

但如今，F(xiàn)PGA的競爭早已脫離了狹義的“產(chǎn)品”。FPGA的“性價比”出色雖是第一要義，但歸根結(jié)底，還需要平臺生態(tài)的配合，涉及內(nèi)涵的開發(fā)工具、系統(tǒng)級方案以及外延的渠道、營銷以及服務(wù)等。

對此美高森美也做了“萬全準備”。Shakeel Peera介紹，在軟件工具層面，美高森美 Libero SoC設(shè)計套件提供了全面并且易于學習使用和采納的開發(fā)工具，便于開發(fā)人員提高生產(chǎn)率。1G以太網(wǎng)、10G以太網(wǎng)、DDR內(nèi)存接口、AXI 4互聯(lián)IP及其它流行IP已可在PolarFire FPGA部署。

系統(tǒng)化方案美高森美亦“成胸在足”。要知道，美高森美前年收購PMC將其業(yè)務(wù)擴展到電信、數(shù)據(jù)中心和云計算領(lǐng)域。Shakeel Peera認為，美高森美多元化的針對通信、存儲和工業(yè)市場的ASSP，成為PolarFire FPGA 的有力補充。如以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組就使用了FPGA與其以太網(wǎng) PHY和交換芯片進行對接，而時序組則使用了帶有鎖相環(huán)(PLL)的FPGA支持網(wǎng)絡(luò)計時應(yīng)用。

美高森美企業(yè)銷售副總裁梁成志指出，看好中國通信及物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0市場的發(fā)展，也將在渠道、營銷以及服務(wù)等方面加大支持力度，近期已經(jīng)吸納了來自兼并重組之后的同業(yè)優(yōu)秀人才，將不斷深耕，為客戶提供更高效和便利的服務(wù)。

美高森美將中端FPGA做到了“極致”，能否開戶新一輪的“點石成金”之旅?Bruce Weyer 對記者坦言，目標是占據(jù)二成以上的市場份額，就讓時間作證吧。

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