獨立FPGA賽道已不復(fù)存在

去年，超微半導(dǎo)體(AMD)順利完成了對FPGA大廠賽靈思(Xilinx)的巨型收購，該交易價值超過300億美元，堪稱芯片業(yè)的“世紀(jì)并購”。

賽靈思是FPGA的發(fā)明者，F(xiàn)PGA能夠快速開發(fā)和成型，相較于其他標(biāo)準(zhǔn)類芯片，F(xiàn)PGA并不需要長達數(shù)年的開發(fā)周期。

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是可以快速動態(tài)重新配置的半導(dǎo)體器件。與其他類型的設(shè)備（例如CPU和GPU）相比，它們在各種工作負(fù)載中具有某些優(yōu)勢。

自從賽靈思發(fā)明了FPGA，至今已經(jīng)快四十年了，在這個期間，無數(shù)大公司想殺入這個領(lǐng)域，每過十年，就有一批公司退出或倒下（被收購），直到最后形成了FPGA的雙巨頭格局。

從下表可以看出，這三十年間，F(xiàn)PGA公司在不斷消失。

目前的FPGA市場上，Xilinx和Altera占據(jù)了絕大部分市場，剩下的殘羹冷炙分給幾家小公司，其中第三是當(dāng)年紫光收購失敗的Lattice。

2015年，英特爾以167億美元的價格收購了Xilinx的主要競爭對手FPGA制造商Altera，并將該公司整合到其可編程解決方案集團（PSG）中。自此以后，Xilinx成為了FPGA公司的獨苗。

在高端芯片中，最頂端的明珠無疑屬于CPU、GPU、FPGA，自從Intel收購Altera，英偉達收購Mellanox、ARM，AMD收購Xilinx之后，高端芯片領(lǐng)域?qū)⒀杆傩纬扇愣α⒌母窬帧?/p>

然而FPGA作為一個獨立賽道，卻已經(jīng)消失了，或者說，已經(jīng)被融合進了CPU賽道。

AMD收購Xilinx的技術(shù)動機其實很清晰。

兩家公司有著在深度學(xué)習(xí)項目上緊密合作的歷史，例如在AMD EPYC處理器上的Xilinx深度學(xué)習(xí)解決方案。在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域，緊密集成的CPU+FPGA解決方案早已經(jīng)不是新鮮事物了。

CPU長于控制，而FPGA則擅長運算。因此，很早就有人想到了在FPGA開發(fā)里引入CPU來進行邏輯控制，以彌補FPGA的缺陷。

Altera最早提出了SOPC（System On a Programmable Chip，可編程片上系統(tǒng)）技術(shù)，這種技術(shù)使用FPGA的邏輯和資源搭建的一個軟核CPU系統(tǒng)，后來Xilinx也進行了跟進。Altera主推的軟核是Nios-II，而Xilinx主推的軟核則是MicroBlaze。

由于它們是廠商自己開發(fā)的一套封閉開發(fā)環(huán)境，沒有形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用起來不是很方便，因此一直沒有流行起來。

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、AI的發(fā)展對于算力的需求增大，Xilinx意識到不如讓FPGA給CPU做外設(shè)，直接在FPGA集成ARM的Cortex-A系列處理器。FPGA專門用于計算，除此之外的所有事，都由強大的Cortex-A系列處理器來完成。

在2010年4月硅谷舉行的嵌入式系統(tǒng)大會上，Xilinx發(fā)布了ZYNQ 7000系列FPGA，它由雙核A9+Xilinx 7系列FPGA組成。請注意，這已不再是單純的FPGA芯片，而是一個嵌入式FPGA開發(fā)板。

Zynq系列取得了巨大的成功，使之成為了主流算力加速解決方案。在ZYNQ推出后，很多大學(xué)研究小組用它完成了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在FPGA平臺上的部署，實現(xiàn)了對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件加速，對FPGA加速器的研究一度成為人工智能領(lǐng)域的熱門方向。

這種CPU+FPGA模式也被Altera迅速跟進，它們也推出了雙核A9+Altera FPGA的開發(fā)平臺，比如DE1-SoC等。嚴(yán)格來說，Cortex-A9處理器不是單片機（即微控制器，MCU），而是微處理器（MPU），但是它們都是CPU。

接下來，ARM從FPGA開發(fā)商手里接過了SOPC的接力棒，傳統(tǒng)的FPGA開發(fā)時代也徹底終結(jié)了，新時代的FPGA開發(fā)主要可分為兩種：一種是開發(fā)板上本來就有硬核CPU，提供CPU+FPGA的開發(fā)環(huán)境；另一種是開發(fā)板上沒有硬核，但我們可以通過使用ARM開源出來的verilog文件，用FPGA的邏輯和資源搭建出一個軟核CPU，也能構(gòu)建起CPU+FPGA的開發(fā)環(huán)境。

我們可以看到，現(xiàn)在的FPGA已經(jīng)被徹底邊緣化，在賽靈思的產(chǎn)品銷售中，純FPGA芯片的銷售量逐漸縮小，而CPU+FPGA水漲船高。

其實不只是CPU，現(xiàn)在的異構(gòu)趨勢下，MCU（MPU）、DSP和FPGA都已經(jīng)有融合的態(tài)勢。

ARM的M4系列里多加了一個精簡的DSP核，TI的達芬奇系列本身就是ARM+DSP結(jié)構(gòu)，Altera和Xilinx新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之間的關(guān)系是越來越像三基色的三個圓了。

最近幾年，AMD的數(shù)據(jù)中心處理器業(yè)務(wù)也在不斷增長，與長期在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位的英特爾展開越來越激烈的競爭，在服務(wù)器算力加速領(lǐng)域，雙巨頭都不約而同地采用了CPU+FPGA的核心架構(gòu)，賽靈思的加入將使AMD在與英特爾的競爭中處于更有利的地位，并在快速增長的電信、國防市場中占據(jù)更大的份額。

總的來說，純FPGA芯片走向邊緣已經(jīng)非常清晰，而FPGA技術(shù)本身不會消亡，必將會融合嵌入到新的異構(gòu)環(huán)境中，與CPU、DSP通力合作，成為主流市場的必備兵器。

自從Altera和Xilinx被收購，國際上實際已不存在獨立的FPGA公司，Lattice等小公司只占幾個點的市場份額，已不值一提。FPGA作為芯片驗證的應(yīng)用工具，或者其在特種行業(yè)的特殊應(yīng)用，仍將長期存在，但已經(jīng)不再足以支撐一個賽道。

未來獨立FPGA公司不再有存在的意義，F(xiàn)PGA技術(shù)將與CPU/MCU深度融合，成為異構(gòu)計算的新模式。我們公司的戰(zhàn)略也是這么做的，雖然FPGA產(chǎn)品線銷售和客戶數(shù)量每年都在高速成長，但基于我司積累十年的FPGA核心技術(shù)，去年我們?nèi)匀粵Q定投入巨額研發(fā)資源，推出了與STM32兼容的基于RISC-V內(nèi)核的異構(gòu)通用MCU，并在其中深度嵌入了FPGA邏輯。

如果客戶的PCB板上既使用了MCU，又有FPGA芯片，那么使用我們的這款定制芯片，可以幫助客戶大大降低采購成本，并且節(jié)省PCB板的空間和層數(shù)，降低功耗，并降低制造成本。

此外客戶的一些IO接口定制需求通過FPGA模擬得以滿足，比如profinet、ethercat等。

MCU國產(chǎn)芯片公司看似很多，但是絕大多數(shù)都是在ARM生態(tài)中復(fù)刻出來，同質(zhì)化競爭極其嚴(yán)重，MCU里能把自主RISC-V內(nèi)核做好的已經(jīng)實屬不易，其中還能做好FPGA的更是鳳毛麟角了。

從MCU+FPGA，到MPU+FPGA，最后到CPU+FPGA，Intel/AMD大廠已經(jīng)給出了清晰的未來方向，異構(gòu)之路大勢所趨。