中端FPGA成新利基 低成本低功耗成决战砝码

在并购浪潮的裹挟下，半导体从业者也更加小心翼翼，如履薄冰。就算在“曲高和寡”的小众FPGA市场，也已变数重生，早先被赛灵思、Altera、莱迪思（Lattice）和美高森美（Microsemi）瓜分的座次已然 “变脸”： Altera前年被英特尔（Intel）耗费167亿美元收购变身为英特尔PSG事业部，中资背景的基金Canyon Bridge以13亿美元纳入莱迪思，而美高森美是在2011年收购Actel入围FPGA战局，亦有传闻高通提议150亿美元并购赛灵思。虽然格局扑朔，但伴随着物联网、5G通信、大数据、机器人、无人机的兴起，FPGA市场前景愈加广阔。据Gartner统计，从2014年到2023年，FPGA的年均增长率达7%。对于置身其中的厂商而言，如何从战略上巩固优势、战术上左右捭阖才能从长计议。

1、FPGA路线泾渭分明 中端FPGA将成利基

翻阅FPGA的历史，会发现从IBM、东芝、三星电子、摩托罗拉及飞利浦等业者，过去10多年来均未能成功跨足FPGA芯片市场，甚至英特尔亦以耗费167亿美元的代价收购Altera后才算正式涉足这一市场。究其原因，最关键的是现存业者以近9000个专利构建出一个高耸的专利围墙，后进者要分食全球FPGA芯片市场面临的阻碍与挑战可以想见。

而在硕果仅存的赛灵思、Altera、莱迪思和美高森美“四大金刚”中，走的路线也泾渭分明：一方面占据高端市场赛灵思和英特尔PSG着力于拼技术、拼工艺，其FPGA往往采用最先进的工艺，并深挖工艺的潜力，已着手采用最先进的1Xnm甚至以下工艺。并且，由于采用更昂贵的先进工艺，一般会通过瀑布式的裁剪逻辑单元来配置中低端FPGA。另一方面，莱迪思和美高森美走的是低端FPGA路线，莱迪思以小尺寸、低功耗、低成本的FPGA抢占消费电子和物联网市场，其iCE40系列是世界上唯一的uWatt FPGA。美高森美则通过收购Actel，积累了密度始于30KLE的IGLOO 和 ProASIC3 可重编程非易失性产品线，以及始于 150K LE的5G收发器的SmartFusion2 和 IGLOO2 器件FPGA。

随着市场的演变，以及定位的变化，这些厂商也在新一轮的角逐中硝烟再起。“随着通信、数据中心、工业4.0的发展，对1G到40G 的带宽需求走高，成为中端FPGA的理想应用领域，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系统级芯片产品组高级产品线营销总监Shakeel Peera对《智慧产品圈》记者如是说。

从市场来看，中端FPGA将成新的“利基”市场。从目前产品来看，亦有足够的成长想象空间。Shakeel Peera分析说，选择中端器件时优先考虑收发器和功耗成本。赛灵思和英特尔PSG因要优先考虑推出先进工艺的高端产品，为摊销成本，一般会通过瀑布式由上而下“裁剪”来量产中低端产品，因而在成本和功耗方面会有“折衷”，导致效率的损失和成本的提升。而Lattice主攻消费电子，收发器性能难以上靠10G，并且如进军中端市场需采用28nm工艺，这需要大量的投入，对于Lattice来说稍有难度。



2、中端FPGA着重考量低成本和低功耗

看到市场的“空白”，近日推出的PolarFire FPGA成为美高森美进军中端FPGA的一大利器。从这款名字可以看出美高森美的“雄心”，因为PolarFire的直译基本就是“冰火相融”。而这款寄与厚望的产品出手已然不凡。

Shakeel Peera称，FPGA优势体现在：一是低功耗，二是成本优化，三是出色的安全性和可靠性。

具体来看，PolarFire FPGA功耗比竞争对手同类型FPGA降低多达50%，成效显著。Shakeel Peera解释说，这来自五方面的优化，一是静态功耗优化，采用NVM（非易失存储器）工艺带来比SRAM总体低十分之一的静态功耗，如100KLE器件为25mW；二是通常启动会带来浪涌，但PolarFire实现了零浪涌电流。三是创新性的收发器架构实现了功耗优化。四是其Flash*Freeze深度睡眠模式，允许更多的电路处于睡眠模式和立即唤醒模式。五是硬件IP支持，例如DDR和SGMII PHY、PCIe等。这不仅可增加热冗余度，提升计算能力，此外还无需散热器和风扇，降低整体的运营和维护成本。

PolarFire FPGA还具备全面的IP保护、信任根、安全的通信、防篡改等安全性优势，此外还配置单元的SEU免疫架构配置和在存储器上实现 SECDED功能保护，提供业界最佳可靠性。

“成本优化方面的决窍在于，一是采用最高性价比的、基于SONOS的28nm CMOS工艺，而非昂贵的HKMG或FinFET工艺。二是优化的架构，从 I/O、收发器速率、LUT4 架构、到存储器和 DSP，均专门针对中带宽应用打造。三是收发器性能针对12.7 Gbps收发器而优化，具更小尺寸和更低功耗。四是1.6Gbps I/O 支持SGMⅡ，是业内唯一一款具有这项性能的中等密度器件。” Shakeel Peera分析说。

“可以说，新的PolarFire FPGA系列重新定义了市场对于中等密度FPGA的认知。”美高森美副总裁兼业务部经理Bruce Weyer强调说。而通过PolarFire FPGA器件，美高森美FPGA的潜在市场将扩展至有线接入和通信基础设施、国防和航空，以及物联网和工业 4.0等应用，从原有的15亿美元市场扩展至25亿美元。

3、未来竞争向平台生态展开

但如今，FPGA的竞争早已脱离了狭义的“产品”。FPGA的“性价比”出色虽是第一要义，但归根结底，还需要平台生态的配合，涉及内涵的开发工具、系统级方案以及外延的渠道、营销以及服务等。

对此美高森美也做了“万全准备”。Shakeel Peera介绍，在软件工具层面，美高森美 Libero SoC设计套件提供了全面并且易于学习使用和采纳的开发工具，便于开发人员提高生产率。1G以太网、10G以太网、DDR内存接口、AXI 4互联IP及其它流行IP已可在PolarFire FPGA部署。

系统化方案美高森美亦“成胸在足”。要知道，美高森美前年收购PMC将其业务扩展到电信、数据中心和云计算领域。Shakeel Peera认为，美高森美多元化的针对通信、存储和工业市场的ASSP，成为PolarFire FPGA 的有力补充。如以太网联网技术组就使用了FPGA与其以太网 PHY和交换芯片进行对接，而时序组则使用了带有锁相环（PLL）的FPGA支持网络计时应用。

美高森美企业销售副总裁梁成志指出，看好中国通信及物联网、工业4.0市场的发展，也将在渠道、营销以及服务等方面加大支持力度，近期已经吸纳了来自兼并重组之后的同业优秀人才，将不断深耕，为客户提供更高效和便利的服务。

美高森美将中端FPGA做到了“极致”，能否开户新一轮的“点石成金”之旅？Bruce Weyer 对记者坦言，目标是占据二成以上的市场份额，就让时间作证吧。