10月3日，英特爾宣布由桑德拉·里維拉(Sandra Rivera)擔任“分拆”后獨立運營的可編程事業(yè)部首席執(zhí)行官。

　　從數(shù)據中心和人工智能(DCAI)部門總經理，轉身為執(zhí)掌該業(yè)務的CEO，對她取得像AMD掌門人蘇姿豐博士類似的成功，無疑抱以厚望。

　　8年前，英特爾花費167億美元真金白銀、以純現(xiàn)金方式收購阿爾特拉(Altera)，整合為旗下Intel(PSG)部門。大樹底下好乘涼，順勢把行業(yè)并購量級推向新高度。

　　新型數(shù)據中心進入異構計算時代，占得先機。

　　同樣以數(shù)據中心優(yōu)先，并在2017年后宣稱“不再是FPGA公司”的賽靈思，2022年也被另一個CPU巨頭納入麾下。

　　AMD以股權互換、零現(xiàn)金代價實現(xiàn)“零元購”。

　　將股權價值*化。把華為任總所說的上市公司擁有“花不完”的錢，再一次*成功演繹。

　　在阿爾特拉被英特爾并購退市的這幾年，正是FPGA市場的高速增長期。

　　雖仍穩(wěn)居第二，但市場份額已從當年的39%，下滑至32%。與賽靈思從只落后一個身位的10%，進一步擴大至22%。

　　對手從*到遙遙*，后有追兵戰(zhàn)鼓擂鳴。

　　“重出江湖”的阿爾特拉，除了重啟IPO上市進程之外，更希望重新贏回FPGA在工業(yè)、汽車、國防和航空航天等高速增長市場的應有份額：

　　一架F35戰(zhàn)斗機，使用超過3500塊芯片，其中就包括208片F(xiàn)PGA

　　防務領域一套先進的相陣控雷達系統(tǒng)，使用的FPGA數(shù)超過1000片

　　2017年微軟數(shù)據中心用25萬塊FPGA，構建當時*的AI(BrainWave)

　　2020年時，賽靈思FPGA在汽車行業(yè)的累計出貨量，高達19000萬片

　　半導體行業(yè)，具有通用芯片和專用芯片的鐘擺效應，使得半定制化的FPGA，正迎來市場和技術形成共振的黃金發(fā)展時期。

　　國內上市公司就有四家(成都華微已過會)，近年斬獲大額融資加持的眾多明星初創(chuàng)，更是眼中有亮光。

　　隨著賽靈思正式成為AMD的一部分，本以為標志著一個時代的結束，不曾想阿爾特拉又殺了個回馬槍，重新扛起獨立FPGA廠商的大旗，終于“等”到了行業(yè)老大的王位。

　　也迎來競爭更為激烈的下半場。

　　重新爭奪“上帝的禮物”

　　如果說什么行業(yè)應用是FPGA最擅長的，EDA硬件輔助驗證應有一席之地，其最早得以在江湖安身立命的原型驗證本能，更是獨步天下。

　　也是兩大頭部廠商上演爭霸賽的重頭戲。

　　在業(yè)界著名的HotChips 2007會議上，賽靈思回顧FPGA二十年發(fā)展史時，將其稱為“上帝的禮物”。

　　以原型驗證、硬件仿真兩大行業(yè)產品線為標簽的EDA硬件輔助驗證，一直走在異構計算、硬件加速的最前沿，代表了FPGA*進的調試驗證能力，也引領其技術發(fā)展趨勢。

　　在EDA行業(yè)，其市場規(guī)模近年兩位數(shù)高增長，并在2018年首次超過軟件仿真市場。

　　也是國內取得重大突破的EDA細分賽道，國內數(shù)家公司與傳統(tǒng)三巨頭呈“華山論劍”之勢。

　　某種程度上，提供硬件輔助驗證服務，與FPGA芯片進行數(shù)據交互的諸多軟件功能，源于賽靈思，又高于賽靈思。技術同源，彼此融合借鑒，又各有所長。

　　硬件輔助驗證已連續(xù)多年保持高增長(2017年-)

　　Source：Xilinx Analyst Day 2017

　　2006年，賽靈思面向該市場推出的主力芯片Virtex5 LX330，單個FPGA芯片規(guī)模為330K邏輯單元(Logic Cells)。

　　國產FPGA目前已具備或超過該容量規(guī)模。

　　除了硬件指標外，在配套軟件的技術能力和易用性等方面，已經優(yōu)于賽靈思當時的ISE工具套件。

　　比如科創(chuàng)板的安路科技，其TangDynasty提供的芯片數(shù)據讀寫功能，目前賽靈思的Vivado還未直接支持，更多是在SDK中用于SoC設計時使用。

　　受國外關注榜上有名的國產FPGA廠商

　　FPGAs: Made in China(Y2021)

　　目前市場上知名的EDA公司，不管是傳統(tǒng)三巨頭，還是國內三新貴的思爾芯、合見工軟和芯華章，都提供以賽靈思FPGA為基礎的原型驗證服務。

　　其中又以每一代規(guī)模*Virtex FPGA為主。

　　2019年，賽靈思推出350億個晶體管，采用第三代堆疊架構的Virtex UltraScale+ 19P;三月之后，阿爾特拉推出433億個晶體管Stratix 10M，針尖對麥芒，強勢宣告進入該市場。

　　兩大頭部FPGA廠商的旗艦芯片(2019年)

　　前者已成為各大EDA公司最新旗艦產品的不二*，如新思科技的硬件仿真Zebu，新一代原型驗證HAPS100;

　　后者同樣搶得一席之地，如思爾芯的硬件仿真OmniArk、原型驗證Prodigy。

　　EDA公司用*FPGA芯片構建的硬件仿真平臺

　　2022年9月，新思科技正式向市場推出其*Zebu EP1仿真系統(tǒng)，在硬件仿真平臺基礎上，新增原型驗證功能，將兩大功能合二為一。

　　2022年12月，新思科技的原副總裁初創(chuàng)成立芯華章，創(chuàng)辦近三年后，也正式推出其旗下的HuaPro P2E新品，在原型驗證服務基礎上，新增部分硬件仿真功能。

　　2023年的HotChips，AMD率先發(fā)布其最新的VP1902，容量規(guī)模是上一代旗艦芯片VU19P兩倍，在與Intel追逐“*高端”的軍備競賽中，再次占得先機。

　　在完成整合后的公司官網，也首次將硬件輔助回歸本源，同時展現(xiàn)。

　　隨著芯片驗證規(guī)模的急劇增加，單塊FPGA可能會容量不夠。

　　EDA公司專門研發(fā)將IC設計分割到多塊FPGA拼接的硬件平臺完成，由此衍生出圖劃分技術，以及為提升效率提供的全可視化調試能力等。

　　以新思科技的原型驗證HAPS(High Performance ASIC Prototyping System)為例，用只有330K LCs的FPGA，就可支持500萬門ASIC芯片的設計驗證，正是受益這些EDA公司專用技術創(chuàng)新。

　　水漲船高，當FPGA單芯片規(guī)模增加27倍，從330K到8.9M，支持ASIC芯片的設計驗證門數(shù)，同樣隨之增大至300億門，擴容6000倍。

　　Source：hotchips 2023

　　賽靈思早期的Virtex II芯片，只有104K LCs，新思科技的*代仿真工具Zebu(2004)，將64塊FPGA組裝在一起，才能支持最多4800萬門ASIC設計。

　　到了最新一代主力芯片VP1902，單芯片就擁有18.9M個LCs，無需設計分割等專用技術，支持ASIC設計驗證門數(shù)是前者的三倍有余。

　　容量遠大于當年192塊FPGA拼接的硬件資源。

　　Prototype size in terms of number of FPGAs

　　Source：Projects Using FPGA Prototyping, Simense, 2020

　　FPGA自身的技術進步，以及大量第三方IP核的集成使用，對于其它行業(yè)進行應用設計開發(fā)，變得像EDA巨頭西門子所說的，正被迫經歷20年前，ASIC芯片設計所遇到的調試驗證挑戰(zhàn)。

　　在計算機領域，不管是設計(Dev)還是運維(Ops)，如果某個系統(tǒng)內部是“不可見”，那么就距離崩潰不遠了。

　　在FPGA行業(yè)，全可視化調試能力(Full Visibility&Debugging)，長期只是EDA硬件輔助驗證，才特別配備的專有先進功能。

　　雖然賽靈思公司創(chuàng)立之初，主要面向仿真和教育市場，但如今包括其它各個廠商在內的FPGA，已被廣泛用于生產各種產品和系統(tǒng)。

　　現(xiàn)在更是深入應用到國民經濟的各個角落。

　　FPGA無需流片就可設計定制使用，也被稱為平民版的ASIC。

　　換而言之，除了那些專用于超大規(guī)模IC設計的特殊功能外，其它用于提升調試驗效率的軟件功能，同樣可服務于日常的FPGA應用設計。

　　比如行業(yè)排名第四的MicroSemi公司，2016年推出SmartDebug，當時就定位為下一代智能調試工具，用于旗下中小規(guī)模FPGA/SoC的應用開發(fā)設計。

　　2021年Intel(PSG)推出數(shù)字仿真器感知的SignalTAP等等。

　　從應用需求出發(fā)，快速拓展現(xiàn)有EDA硬件輔助驗證的服務邊界，把高端專用技術普及化，可惠及快速增長的全球FPGA應用市場。將擁有技術和市場的雙重祝福。

　　硬件加速一切的異構計算時代

　　英特爾將獨立后的FPGA業(yè)務，定位為服務更廣泛的應用市場，而不僅僅是數(shù)據中心。

　　如果說在EDA硬件輔助驗證市場的仿真加速，是兩大豪門的必爭之地，那么以數(shù)據中心為主戰(zhàn)場的算力加速，則是三國演義。

　　還要再加上2004年創(chuàng)立的Achronix公司。

　　其擬合并上市的公開數(shù)據，2020年營收將達1億美元，預計到2023年增長至2.35億美元。

　　阿爾特拉退市之前，其FPGA在微軟數(shù)據中心已經大有斬獲。

　　作為英特爾的并購邏輯之一，是在2020年將會有超過1/3的全球云計算節(jié)點使用FPGA。后續(xù)想象空間無限。

　　通過集成CPU和FPGA的異構計算方式，可獲得2倍以上的性能提升

　　采用標準的服務器架構，降低總成本(TCO)

　　使得用戶可快速部署自有的IP和算法，提升靈活性

　　Source: Acquisition of Altera, Intel, 2015

　　此后FPGA在數(shù)據中心的加速應用確實不乏亮點，包括2018年微軟用25萬塊芯片構建當時全球*的AI計算機腦波(BrainWave)。

　　FPGA在超級數(shù)據中心的加速應用，微軟具有標桿意義，谷歌、騰訊等云服務廠商的超級數(shù)據中心也在不斷跟進。

　　現(xiàn)在一家數(shù)據中心使用的FPGA數(shù)量，高達數(shù)百萬。

　　盡管不乏藍色巨人IBM公司在推波助瀾，在2020年的硬件加速在數(shù)據中心的未來展望研討會上，推動FPGA成為數(shù)據中心“一等公民”。

　　2021年，微軟采購賽靈思的Alveo系列FPGA加速卡，為全球54個區(qū)域的用戶提供“云上”加速服務，并宣告“AI平民化”時代到來。

　　從2011年迎接“AI黎明”，微軟內部啟動Capapult項目，加速bing搜索，到對外提供硬件加速服務，走入AI平民化，剛好十年。

　　數(shù)據中心真正進入到AI加速時代后，F(xiàn)PGA多少顯得“相對勢微”。

　　雖然兩大FPGA廠商數(shù)據中心戰(zhàn)略未能全盡如人意，但被AMD收購時，賽靈思的營收占比，已爬升到11%，并深入到中國移動等行業(yè)云。

　　已成為增長最快的業(yè)務板塊之一。

　　三家FPGA廠商提供的數(shù)據中心標準加速卡

　　2022年底，以ChatGPT為代表生成式AI大模型的橫空出世，相對于綠廠GPU的一騎絕塵，不只是FPGA，就連CPU都顯得星光黯淡。

　　以數(shù)據中心優(yōu)先的賽靈思，5年前對AI加速應用寄予厚望。

　　按照巴克萊的定制行研報告，數(shù)據中心AI推理，將比AI訓練市場體量更大，增速也更快。

　　Pervasiveness of AI and Inference

　　Source：Barclays Research, Company Report, May 2018

　　理想豐滿，現(xiàn)實略骨感。

　　按照IDC研究數(shù)據顯示，2021年上半年中國人工智能芯片中，GPU占有近92%的市場份額。

　　FPGA的比例是0.3%。

　　中國人工智能服務器市場規(guī)模

　　（按加速卡類型）

　　來源: 2021-2022中國人工智能計算力發(fā)展評估報告，IDC，2021

　　按照這個數(shù)據，數(shù)據中心AI加速應用，對FPGA廠商的營收影響，目前還處于“智者見于未萌”階段。

　　以阿爾特拉為例，2014年營收19億美元。

　　2022年英特爾業(yè)績下滑，F(xiàn)PGA業(yè)務表現(xiàn)亮眼，雖增長近30%，還是19億美元。

　　數(shù)據中心的高端大算力，好看難吃，但就整個FPGA應用市場而言，可謂西邊不亮東邊亮。

　　當MicroSemi被MicroChip收購，阿爾特拉成為Intel(PSG)，再加上賽靈思也并購退市，作為獨立FPGA廠商，只當過幾個月行業(yè)老大的萊迪思(Lattice)。

　　則是另一番景象。

　　2010年*探低到1.04美元/股，如今增長近百倍;以市值論，已經超過阿爾特拉被收購前104億美元的股價表現(xiàn)。

　　FPGA自被發(fā)明以來已經走過三個硬件加速時代，從最早的仿真加速，到十年前的算力加速，如今隨大勢一起，主動引領、或是被動被裹挾到風起云涌的AI加速時代。

　　1988初創(chuàng)成立，早在1999年IPO的快輯半導體(NASDAQ: QUIK)，雖然市值僅為1億美元量級，如今也把公司亮點聚焦到“為端點AI提供端到端解決方案”。

　　太陽從東方升起

　　FPGA應用市場，既有對價格最不敏感的硬件輔助驗證，不計成本保障可靠性安全性的航天航空和國防軍工領域，也包括眾多追求高性價比的細分行業(yè)。

　　呈現(xiàn)兩頭冒尖，中間體量龐大的橄欖形。

　　不管用于仿真加速，時下炙熱的AI加速，還是常規(guī)應用，都是用戶對計算性能的*追求。FPGA以硬件速度運行，比依賴CPU算力的軟件運行速度，快得多。

　　在兼顧面積、功耗、成本的端側，成為眾多廠商的大舞臺。

　　以前曾有“得通信者得天下”之說。

　　定位為第三家高端廠商的Anchronix公司，技術顧問是FPGA業(yè)界泰斗，加拿大多倫多大學Jonathan Rose教授，其*次中國行，是2014年專程前往深圳。

　　在阿爾特拉早年19億美元的營收組成中，通信市場44%;2020年時，賽靈思則是有多達45%收入，是來自防務、工業(yè)和TME。

　　兩大頭部廠商被收購時的營收組成

　　綠廠GPU在數(shù)據中心冠絕群雄，用堆算力橫掃天下的方式，在端側并不適用，而這正是FPGA的*機會。

　　這可能也是AMD完成對賽靈思收購后，將其整合到“自適應計算與嵌入式”的原因之一。

　　除了全球化進入到以不信任為基調的下半場等外部因素影響，來自市場需求推動，共同將FPGA的蛋糕做得越來越大。

　　全球市場規(guī)模從2014年50億美元，2023年達到80億美元，2027年預計115億美元。

　　既有EDA硬件輔助驗證市場的*高端器件，也包括2021年瑞薩電子的ForgeFPGA。

　　作為FPGA家族新成員，其LCs數(shù)在5K以下，極低功耗、低價格的代表，定價低于0.5美元，軟件完全免費。

　　FPGA行業(yè)沒有西北角大遷移。

　　曾經冷門細分的FPGA，阿爾特拉被并購時，2014年全球數(shù)字邏輯芯片的市場規(guī)模為1150億美元，在其中占比為4%，不為大眾所熟知。

　　當時阿爾特拉的客戶數(shù)是12600家，2020年賽靈思的客戶數(shù)超過60000家。

　　賽靈思已把十年前的產品，供貨周期延長到2035年，阿爾特拉的產品策略與之類似。

　　水深才能養(yǎng)大魚，近十年國內廠商快速崛起。包括2011年初創(chuàng)的安路科技，從零成長為營收10億、市值近200億的領軍者。

　　2023年半年報數(shù)據，三家以FPGA為主業(yè)上市公司，F(xiàn)PGA銷售合計超過30億元。

　　而未上市的紫光同創(chuàng)，其官網主動發(fā)布的2022年經營顯示，營收15億，凈利3億。

　　也為眾多同行初創(chuàng)，提供更多的融資底氣。

　　FPGA公司初創(chuàng)成立的時間軸

　　來源: 根據市場公開資料匯總整理

　　按照現(xiàn)在盛行的說法，不只是幫助客戶取得成功，而且要加速客戶的成功。

　　各個廠商的芯片和編程軟件，作為向用戶提供服務的基石，迄今尚未出現(xiàn)類似英偉達CUDA的革命性突破。

　　大語言模型LLama在終端部署的時間線

　　來源: 根據公開信息整理

　　FPGA固有的應用設計開發(fā)周期長、編程難度大等行業(yè)共有難題，從這個層面，所有廠商都面臨同樣的挑戰(zhàn)。

　　全球市場規(guī)模的年復合增長率超過9%，國內則高達近20%。按芯片出貨量口徑統(tǒng)計，國內市場的年出貨量將達到3.3億顆以上。

　　既是*者打造霸業(yè)的舞臺，也是新銳建功立業(yè)的機遇。

　　歷經40年，戰(zhàn)事正酣，才至中場。

　　參考資料

　　[1] 20 Years of FPGA Evolution, from Glue Logic to Major System Component,HotChips 2007, Xilinx.

　　[2] FPGA Technology Today: Chips and Tools, Synophsys,2009

　　[3] FPGA芯片的演變與創(chuàng)新,京微雅格,2013

　　[4] Intel Acquisition of Altera, 2014

　　[5] AMD to Acquire Xilinx, 2020