FPGA的舊時代似乎已經走向終結。此前，華爾街日報爆出AMD正在就收購賽靈思（Xilinx）進行談判。如果該交易達成，交易額可能會超過300億美元（約合人民幣2014.44億元）。這已經不是FPGA領域的首次大收購事件，早在六年前，英特爾就收購了Altera。

賽靈思與Altera曾是FPGA領域的雙巨頭，自從賽靈思發明了FPGA，至今已有40年了，在這個期間，無數大公司想殺入這個領域，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。而如今，該局面正在被打破。離開經濟上的考量，不難發現，是FPGA市場內部正在發生轉變。

兩大巨頭轉型背后

FPGA是一種很特殊的芯片，是由電路進行編程的芯片，可以通過軟件手段更改、配置器件內部連接結構和邏輯單元，完成既定設計功能。傳統FPGA芯片面向的是低產量系統或原型系統，它們要么一直是低產量，要么在增大產量時會轉而使用 ASIC。

隨著大數據、物聯網、AI的發展對于算力的需求增大，開發先進 ASIC 的成本模式在 finFET 領域遇到了麻煩，在后續節點上開發芯片的難度更大了、成本也更高了，而十億單位級別的芯片終端市場也已被大型移動設備公司主宰。這些新的市場，卻為可編程邏輯帶來了很好的經濟效益。

FPGA的半定制特性，比較適合專門用途，尤其適合AI深度學習及神經網絡運算，拿來跟CPU及GPU相比，FPGA運算特定應用的效率比CPU高得多，而可編程這一點來說，彈性比GPU更大；換言之，在AI領域，FPGA是相當有優勢的。

由于許多AI應用要處理分析龐大數據文件，平行運算能力需求高，GPU跟FPGA這方面相對較強，所以許多AI服務器的硬件設計，會以CPU搭配GPU，或者CPU搭配FPGA來設計，FPGA被當作AI運算加速器。

英特爾的意圖也許正是在此，收購Altera后，利用Altera技術，進行異構整合，采用CPU+FPGA的產品組合，捍衛了其在數據中心的優勢，而Altera也可以借此實現自身的轉型。對于賽靈思而言，同樣改變了以往的策略，在新的管理團隊加入公司后，其不再強調“ FPGA”品牌，并宣布該公司為“數據中心優先”。目前賽靈思和Altera都已經推出了相關產品，并且獲得了用戶的一致認可。

曾經兩巨頭戰略的更改讓我們看到，現在的FPGA似乎已經被徹底邊緣化，尤其在賽靈思的產品銷售中，純FPGA芯片的銷售量逐漸縮小，而CPU+FPGA水漲船高。兩巨頭積極轉型的背后，是舊FPGA時代的終結，也是新FPGA時代的開端。在這種情況下，另一大主力軍，eFPGA?成功進入了人們的視野。

eFPGA的崛起

eFPGA（嵌入式FPGA）是指將一個或多個FPGA以IP的形式嵌入ASIC，ASSP或SoC等芯片中。換句話說，eFPGA是一種數字可重構結構，由可編程互連中的可編程邏輯組成，通常表現為矩形陣列，數據輸入和輸出位于邊緣周圍。eFPGA通常具有數百或數千個輸入和輸出，可連接到總線、數據路徑、控制路徑、GPIO、PHY或任何需要的器件。

eFPGA作為一種存在許久的設計理念，在近年逐漸重新獲得人們的關注，這涉及到技術和市場環境的變化問題。其中包括摩爾定律失效，目前類似協議和封裝的標準一直在快速變化。過去的應對方法是每隔幾年就重新設計芯片，以滿足市場需求，但這樣的流程讓成本也逐漸增加。另外，數據中心對芯片的可編程化需求日益提升。eFPGA的出現很好的解決了這些問題。

其次是更多MCU廠商求變。在以微控制器（MCU）為代表的低端市場，eFPGA已經成功吸引了大家的注意力。這是因為廠商都希望通過提高芯片出貨量來增加利潤，而使用FPGA可以為不同客戶量身定做提供某一種MCU的多種版本從而提高出貨量。

當然，誠如上文所言，也有機器學習、大數據等應用的快速發展的原因。在數據中心領域，FPGA是一個不能忽視的重要角色。尤其是現在數據的大爆發，對數據中心的需求激增，進而提高了對服務器降溫和功耗的需求，eFPGA提供了一種高帶寬、低延遲、低功耗和低成本的產品選擇。

更為主要的是，eFPGA本身的優點，它們可以使用任意工藝尺寸制造，可以為任意應用調控尺寸大小。對于可編程邏輯而言，經濟模式發生了變化。

FPGA 芯片往往有非常高的功耗、非常高的性能、前沿的工藝技術和非常高的成本。與傳統FPGA相比，eFPGA的功率密度要低得多，或者ASIC與SoC上的其他IP，因此其動態功耗也相對較低。不僅如此，與FPGA相比，eFPGA不需要實現可編程的I/O部分，因為與eFPGA相互通信的ASIC IP在設計時就已固定。當去掉了可編程I/O部分之后，對于同等邏輯密度的FPGA而言，eFPGA的芯片面積會極大縮減。在嵌入式市場，很多客戶對成本非常敏感。諸如此類，優勢繁多。但要說的是，真正讓eFPGA火起來走進大眾視野的，還得提到一家公司--Achronix。

上文也提到，這么多年來，FPGA行業的主要市場份額常年被賽靈思和Altera（被英特爾收購）兩家公司牢牢掌握。隨著時間的積累，這兩家公司逐漸構建起一道由上萬件核心技術專利組成的“護城河”，而這條護城河也成功阻止了很多FPGA公司進一步發展的腳步。一些存活下來的公司，比如Lattice和Microsemi，往往只能靠劍走偏鋒，專攻低功耗、航空航天等特殊的應用領域。

Achronix作為一家后來者，選擇在人工智能、高速網絡處理等領域和傳統FPGA巨頭硬剛，并取得了一定的成績，是十分難能可貴的。Achronix成立于2004年，是一個專注于高性能FPGA產品的公司。該公司剛成立的時候是作為美國常春藤名校康奈爾大學的附屬公司而存在的，而公司的產品也是來源于康奈爾大學的授權。

此前，Achronix一直銷售高端FPGA，該公司決定在幾年后提供嵌入式FPGA（eFPGA IP），為提供可行的解決方案做出必要的投資。該公司曾公開表示，與獨立FPGA芯片相比，其eFPGA產品Speedcore eFPGA提供了更高的加速能力，可實現10倍的低延遲和10倍的高帶寬。得益于此，其2017年的營收較2016年增長了700%，并在2018年IP收入超過5000萬美元。充分說明了eFPGA具有巨大的發展空間。

eFPGA領域的玩家們

到今天，eFPGA的概念已經獲得了業界的廣泛認可，而該領域的公司也在慢慢變多。

FlexLogix

FlexLogix是eFPGA的先驅，提供用于制造柔性芯片和加速神經網絡推理的解決方案。其eFPGA平臺使芯片能夠靈活地處理不斷變化的協議，標準，算法和客戶需求，并實現可重配置的加速器，與處理器相比，可將關鍵工作負載的速度提高30至100倍。

QuickLogic

QuickLogic是老牌FPGA廠商，致力于開發低功耗，多核半導體平臺以及用于人工智能（“ AI”），語音和傳感器處理的知識產權（“ IP”）。之后也加入了eFPGA的戰場，帶來了ArcticPro系列IP。其主要市場是超低功耗SoC市場，例如藍牙、物聯網等等，它的eFPGA將給這些超低功耗SoC帶來可配置性，從而實現更好的功耗與成本。另外，QuickLogic的eFPGA支持以性價比高著稱的SMIC，也是其一大亮點。

Menta

Menta是歐洲碩果僅存的eFPGA供應商。是歐洲唯一經過驗證的，可將其IP嵌入到客戶SoC和ASIC中的可編程邏輯提供商。這種可編程邏輯采用嵌入式FPGA IP的形式。為客戶提供了將其SoC的一小部分，讓其實現低功耗FPGA的可能性，可以由他們或客戶在現場進行編程。

NanoXplore

NanoXplore是一家總部位于法國公司。該公司是為最先進的FPGA內核設計大規模可編程邏輯陣列的先驅。NanoXplore提供先進的經過硅驗證的eFPGA IP，在領先的代工廠中支持高達28nm的成熟技術。NanoXplore還為電子設備開發了一種高度創新的診斷技術，稱為Silicon Rating。

ADICSYS

ADICSYS是一家無晶圓廠半導體公司，為ASIC和SOC設計和許可軟FPGA IP。這些可編程內核可以輕松，完全地集成到用戶的RTL設計流程中。ADICSYS建立在定制FPGA和eFPGA項目以及領先的半導體產品領域十多年的經驗之上。與其他IP一樣，將FPGA功能包含在ASIC中的獨特機會帶來了所需的靈活性，可以在不重新設計芯片的情況下修改功能，或者允許器件滿足廣泛的應用需求。在這兩種情況下，都可以更好地控制NRE和TTM。

Efinix

Efinix是可編程產品平臺和技術的創新者。該公司的Quantum可編程技術可實現ASIC，ASSP和FPGA領域的高級可編程芯片產品。憑借Quantum的Power-Performance-Area優勢，Efinix產品可滿足大批量，低功耗和小尺寸產品的需求。Efinix的聯合開發活動側重于基礎架構，數據中心和先進的硅工藝，進一步擴大了該公司在可編程行業中的領導地位。

在半導體創業公司稀少的時代，這些eFPGA 創業公司就已經迅猛發展。Flex Logix、Menta等公司獲得了不少投資，Achronix 和 QuickLogic 等其它一些公司也根據內部的增長預期而大力投資 eFPGA。

總結

隨著機器學習和人工智能的發展，市場對芯片算力的要求與日俱增，廠商在架構和工藝上提升性能的瓶頸逐漸出現，eFPGA技術勢必將在市場上大放異彩。這些eFPGA廠商的興起也為國產FPGA廠商提供了可借鑒的啟示和經驗。

首先，技術發展沒有捷徑，Achronix能夠在2017年一炮而紅也是因為長時間不斷沉淀和創新。對于專利壁壘極高的FPGA產業來說，不論是芯片架構、關鍵IP、高速接口等芯片硬件設計，還是FPGA設計工具和生態系統建設，都不太可能通過一次次“彎道超車”實現。只有不斷在正確的賽道上積累和加速，才能像Achronix那樣，有朝一日在主流舞臺和那些主要玩家們同場競技。

其次是找好角度實現突破，在傳統FPGA廠商轉向CPU+FPG模式時，eFPGA成為了背后的突圍者。對于我國的FPGA公司，也應該努力走出自己的傳統業務領域，向不斷蓬勃涌現的新興FPGA應用領域發起沖擊。不積跬步，無以至千里。在不斷積累的同時，尋求突破與創新也許是國產廠商的制勝法則。
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