中端FPGA成为主战场，Altera独立后的市场格局

电子发烧友网报道（文/周凯扬）随着前几年Xilinx被AMD收购，近期Altera从英特尔独立出来，不少人都在关注FPGA市场会迎来怎样的变局。在这个AI ASIC爆火的时代，可编程的FPGA如何找到新的增长点，都是厂商和用户迫切想要知道的答案。
 
对于Altera、AMD和Lattice这三大FPGA厂商而言，最近他们似乎都将重心放在了中端FPGA产品上，即逻辑单元数在100K到500K区间的FPGA。这类主要用于边缘端的FPGA产品，拉开了新一轮竞争的帷幕。
 
Altera：回归独立，英特尔依然是靠山
 
早在去年，英特尔就公布了其FPGA业务线将独立出来的消息，也就在近日该公司正式宣布重新用回Altera这一大家耳熟能详的名字，并由Sandra Rivera担任负责人。在2021年Pat Gelsinger回归英特尔担任CEO后不久，Rivera就当上了DCAI部门的负责人，不过其当时的主要注意力还是放在扭转至强处理器的困境上，如今英特尔Xeon部门的研发、生产都已经重回正轨，掌管Altera的Rivera决定对Altera的侧重点进行改变。
 
在收购Altera后，英特尔所犯的错误在于牺牲了中低端产品，优先考虑高端FPGA，而高端FPGA市场又在被GPU和其他高端ASIC产品蚕食，致使Altera的市场份额有所下滑。这点从最新的Agilex系列也可以看出，去年英特尔首先发布的是Agilex 7和Agilex 9这两个高端FPGA系列，而中端的Agilex 5预计今年4月份才会推出。
 
即便如此，相较其他FPGA厂商而言，Altera有着另一个得天独厚的优势，那就是背靠英特尔的先进制造工艺。以Agilex 5系列FPGA为例，作为中端FPGA产品，其依然采用了Intel 7这一先进于竞争对手的工艺。Altera表示，在同功耗的情况下，Agilex 5系列FPGA可以提供16nm工艺竞品FPGA 1.6倍的性能。相比过去的Cyclone V系列FPGA，功耗低上50%的同时，I/O性能提升了2.5倍。
 
独立出来的Altera也已经开始布局下一轮FPGA的产品迭代了，从其路线图来看，低中高端产品都已经有了下一代规划，不过目前尚未公布名称或代号。不过从Altera对于AI的执着来看，很可能会在用上更先进工艺的同时，进一步提高AI算力。
 
AMD：大力发展中端FPGA产品，生命周期拉长至2040年
 
在收购Xilinx之后，AMD依然在大力发展FPGA业务，进一步巩固其市场份额第一的位置，接连推出了高性能的FPGA产品，并借助其创新架构，融入其他产品线的设计中去。即便如此，这些IT基础设施供应商也开始发现，除了云端，来自边缘端的竞争同样异常激烈，于是AMD也在近期推出了面向边缘端的中端FPGA产品Spartan UltraScale+。
 
作为Spartan系列的第六代产品，Spartan UltraScale+主打的是强I/O性能，低功耗以及先进的安全特性。对于小型移动的边缘IoT设备而言，往往功耗上的要求比较高，但在万物互联的前提下，也对I/O性能提出了较高的要求。比如在工业机械臂中，无论是各种不同的传感器，还是自动收集数据的摄像头等，边缘设备的I/O性能要求已经今非昔比。
 
Spartan UltraScale+采用了16nm FinFET工艺打造，从而降低了30%的功耗，结合硬化的DDR和PCIe控制器IP，进一步提高了能效。AMD称Spartan UltraScale+具有28nm以下最高的I/O和逻辑单元比，甚至达到了Spartan 7系列FPGA的3.5倍，所以保证了低成本的同时，又具备足够的I/O性能用在I/O操作频繁的应用中。
 
对于FPGA这种灵活编程又可靠性高的产品而言，常被用于工业、医疗、航天航空以及军事领域，为此产品生命周期也成了重要的考虑因素之一，毕竟这类产品服役年限较久，如果中间出现厂商终止产品支持的情况，很可能就意味埋下了严重事故的隐患。
 
Xilinx向来有着冗长FPGA产品生命周期支持的优良传统，甚至会在已有的标准生命周期上延长。而此次发布的Spartan UltraScale+，AMD也承诺其产品生命周期会延长至2040年之后，这样一来客户也可以放心地将其FPGA产品视为可靠的长期投资。
 
这也是AMD为Spartan UltraScale+引入量子级加密的原因，尽管FPGA具备可编程的特性，但在安全上还是存在被未来攻击手段硬件突破的风险，尤其是量子攻击。随着越来越多的隐私数据在边缘收集和处理，对于边缘端的安全要求，尤其是硬件安全特性，有时甚至要高过云端。
 
Lattice：多样化产品选择深耕中端FPGA市场
 
Lattice早在前年就发布了全新的中端FPGA系列，Avant，这也是Lattice在多年耕耘低端市场后，想要打入中端FPGA市场，与巨头同级竞争迈出的重要一步。一改过去Nexus所用的三星28nm FD-SOI工艺，Avant换成了基于台积电16nm的FinFET工艺打造，从给到的性能数据来看，是要超过Altera Arria V和Xilinx Kintex-7这两个上代中端FPGA系列的，不过随着两大厂商纷纷发布了新品，Avant系列的竞争对手已经发生了改变。
 
去年底的开发者大会上，Lattice又宣布在Avant上扩展出了两个新的系列，Avant-G和Avant-X。其中Avant-G是通用中端FPGA系列，Avant-X则是专用于网络应用的中端FPGA系列，两者同样采用了台积电16nm FinFET工艺打造。
 
区别在于Avant-G主打一系列通用系统接口，可以支持汽车、工业和通信等广泛应用的系统扩展。而Avant-X系列，则主打高带宽，最多28的SERDES通道可以提供25Gbps的带宽，且支持一个PCIe 4.0x8接口。
 
从Lattice发布的产品阵容来看，他们计划用多样化的产品选择来深耕中端FPGA市场。结合Lattice在sensAI解决方案上的发力，其中端FPGA产品在边缘AI市场已经成了实力强劲的竞品。
 
写在最后
 
中端FPGA为了节省成本往往不会使用最先进的制造工艺，却又不能完全忽略性能，尤其是现在对边缘端的AI计算性能有了新的要求，对FPGA厂商的设计提出了更多要求。何况除了以上提到的这三家FPGA厂商之外，Microchip的PolarFire 2可能也会很快加入这一战场，届时中端FPGA市场势必会迎来激烈的战况。
 
与此同时，设计软件和开发工具也是FPGA厂商不可小觑的一环，这些与FPGA硬件强绑定的软件，很大程度决定了开发者的“忠诚度”。因为即便是硬件性能占优，重新接触另一家供应商的设计工具的学习成本都太高了，毕竟不少开发者在同一生态下已经有了十数年的经验。