FPGA 江湖，山雨欲來

作者：時間：2023-10-13 來源：半導體產業縱橫

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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。

本文引用地址：http://cqxgywz.com/article/202310/451507.htm

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。

自從兩年前任命現任首席執行官帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 以來，英特爾已經出售或剝離了多個業務部門，包括 SSD 業務、NUC 迷你 PC 業務、Mobileye ADAS 部門等。通過關閉活著出售非核心業務，繼續將戰略中心聚焦于 IDM 2.0。