FPGA江湖，山雨欲來

來源：驅動號作者：半導體產業縱橫 2023-10-13/10:51

正文

前不久，英特爾通過官網宣布將負責開發英特爾的Agilex、Stratix和其他FPGA產品的可編程解決方案部門（PSG）剝離，作為獨立業務運營，目標是在兩到三年后IPO中出售部分業務。

當英特爾正式宣布分拆FPGA業務時，FPGA江湖的風又開始飛揚。

FPGA江湖之爭

FPGA起源

FPGA（現場可編程門陣列）是可重構的計算機芯片，可以通過編程實現任何數字硬件電路。FPGA可以在制造后重新編程以模擬數字電路，非常適合在批量生產前制作新功能的原型，或者服務于對于定制芯片來說不經濟的罕見用例。

在集成電路的歷史上，能夠實現這個功能的器件并非只有FPGA，但FPGA是目前為止商業上最成功的。

二十世紀70年代時，如果有人想要在某些實際硬件上制作原型并測試其邏輯功能，那么他們基本上只有兩種選擇。一種是TTL芯片，但是TTL芯片會受到電路板尺寸和功耗限制的限制。另一種是定制芯片（ASIC），但是定制芯片會產生大量的前期成本。因為需要要支付光掩模費用，然后等待數月的制造時間。如果在設計中犯了一個錯誤，那么就無法準確地編輯JS文件并重新編譯。

1980年，Altera成立了。Altera率先推出了復雜可編程邏輯器件，可以采用一堆較小的PAL，并使用交叉連接將它們連接起來，以提高可擴展性。Altera的復雜可編程邏輯器件向前邁出了一步。

之后，賽靈思創立了并且發布了第一款FPGA，Xilinx XC2064。XC2064是一款大型芯片，約有85,000個晶體管，排列成64個可配置邏輯塊和58個輸入/輸出塊。雖然從今天來看不足為奇，但第一款FPGA還是在市場上站穩了腳跟。

之后，隨著晶體管成本大幅度下降以及獨立代工工廠的出現，FPGA踩中了技術和商業的交叉點，開始蓬勃發展。

Altera和賽靈思的壟斷時代

賽靈思和Altera不斷推出新產品，提高邏輯密度和性能，并積極與客戶合作開發定制解決方案，不斷占據市場份額。使得全球FPGA市場一度形成雙寡頭壟斷格局，這兩家企業占據了近90%的市場（賽靈思以56%的占有率排第一、Altera以31%的占有率排第二）。

賽靈思和Altera兩家引領者修筑專利壁壘，手握近10000+核心專利，強大的專利壁壘使得FPGA的進入門檻很高。

近40年來，先后有超過60家以上的公司從事過FPGA技術與產品的研發，其中包括英特爾、IBM、AMD、TI、GE、AT&T、摩托羅拉、朗訊、三星、東芝、飛利浦等實力雄厚的大公司，但絕大多數在耗費了上億美元后功虧一簣。

圍繞數據中心，FPGA龍頭的“被收購”時代

不過，自研不成靠“收購”。接下來的時間里，FPGA兩大巨頭相繼被英特爾和AMD收購。

遙想2015年時，x86還在數據中心計算占據絕對壟斷地位，現金充裕的英特爾斥資176億美元收購了FPGA制造商Altera。在Altera的基礎上，英特爾成立了可編程事業部。在接下來的多年中，英特爾建立了令人矚目的FPGA業務。

英特爾收購Altera的一個重要原因就是，希望通過增加數據中心高利潤芯片產品，彌補個人電腦（PC）領域需求放緩帶來的影響。在收購的三年后，英特爾宣布旗下FPGA已經被正式用于主流數據中心OEM廠商中。

FPGA的江湖仍在變換，隨著2022年AMD正式官宣對賽靈思的收購，宣布了“一個時代的結束。”

在收購時，AMD總裁兼首席執行官蘇姿豐表示，通過收購賽靈思，AMD能進一步擴展一些關鍵市場，如數據中心市場，以及5G通信、汽車、工業、航空航天和國防市場。AMD同樣希望依靠賽靈思的FPGA補足數據中心的能力。

至此，英特爾收購FPGA排名第二的Altera，AMD收購排名第一的賽靈思，FPGA的新江湖開始了。

FPGA不死

這么來看無論是英特爾還是AMD，都早早將目標瞄準了數據中心市場。

目前，數據中心有兩個主要趨勢：第一，數據流量的增加；第二，計算密集型應用程序的增加。這其中主要的挑戰就是，數據中心不僅必須能夠處理增加的數據和更嚴格的計算，而且需要使用更低的功耗和更高的性能。

數據中心一直是FPGA被寄予厚望的市場。FPGA的可重構性和并行處理能力可以無縫集成到現有的HPC基礎設施中，補充傳統的基于CPU的集群和基于GPU的系統。通過將特定任務卸載到FPGA，HPC系統可以實現更高的性能、更低的功耗并提高效率。

在數據中心，FPGA相比GPU的核心優勢在于延遲。微軟亞洲研究院的李博杰曾舉例，像必應搜索排序這樣的任務，如果使用GPU來加速，要想充分利用GPU的計算能力，batchsize就不能太小，延遲將高達毫秒量級。使用FPGA來加速的話，只需要微秒級的PCIe延遲。

因此，很多企業都在部署FPGA。目前，阿里云、騰訊云、百度云等國內云服務公司都已經在硬件加速方面選用FPGA。比如，我們看到騰訊于2017年就曾推出國內首款高性能異構計算基礎設施FPGA云服務器，這款采用異構計算架構的云服務器相較于傳統CPU服務器，性能提升在30倍以上。目前，在騰訊云的硬件基礎設施里，FPGA已經在計算、網絡、存儲三大重要節點充當加速器角色。

依據賽靈思在被收購之前發布的2022財年Q3財報顯示，數據中心分部對于公司的收入占比為11%，其份額每個季度都在穩健增加，年增速則為81%。

英特爾拆分FPGA，FPGA風雨欲來

回到英特爾拆分FPGA這件事上，負責英特爾FPGA的部門就是可編程解決方案部門（PSG）。

受到個人電腦市場衰退影響，英特爾最近的營收表現略顯疲軟。2023財年一季度創下今13年最低季度收入，且連續虧損的情況，但是這個部門的營收表現一直不錯。

雖然在2022年第一季度，英特爾停止將PSG作為獨立的財務部門。依據此前披露的數據來看，這個部門平均每個季度的收入非常穩定，在5億美元左右，甚至在截止公布前的最后幾個季度還還創下了7億美元的記錄。

2022年英特爾FPGA的市場規模達到90億美元，根據目前的出貨量，2023年更是可以達到100億美元。

目前，已經發布的的Agilex系列中，已經面世的只有50k邏輯門以上的Agilex 5、Agilex 7和Agilex 9，其中Agilex 9是為Direct RF高速應用打造的，結合了英特爾最先進的AIB和EMIB制造技術，今年推出Agilex 3 FPGA系列。

因此，英特爾之所以剝離PSG，并不是因為該業務部門表現不佳或處于商品化、低利潤的市場，而是認為如果沒有英特爾龐大的業務和壓力，PSG的表現可能會更好。

英特爾認為PSG一直未能滿足FPGA真正高增長、高盈利的市場需求，例如工業、汽車、國防和航空航天。根據英特爾提供的數據，FPGA全球市場未來五年的年復合增幅或在9%以上，由2023年的80億美元擴大至2027年的115億美元。

香農•波林（Shannon Poulin）是為PSG首席運營官(COO)。在一年前，香農•波林與外媒記者交流時承認PSG在FPGA產品方面存在問題，并且未能跟上滿足供應商需求的步伐。香農•波林表示，英特爾既沒有可用的產品，也沒有針對現代制造工藝的低端市場的FPGA產品組合。

除了剝離PSG，英特爾還計劃2-3年內進行IPO。這個舉措有一點Mobileye的影子，也就是英特爾保持多數股權，同時仍然釋放該業務部門以更獨立地運營。這樣一來，PSG就可以自由地調整公司的產品組合和定位，以便最好地服務于更廣泛的FPGA市場，而不僅僅是英特爾以數據中心為中心服務。

此外，從長遠來看，英特爾可以將成功首次公開募股的利潤收入囊中，同時減少一個需要管理的業務部門，從而使英特爾能夠將資金和時間投入到自己更優先的企業（例如晶圓廠）中。