AGM觀點：獨立FPGA公司將不復(fù)存在

今年，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”。

那么賽靈思（Xilinx）是做什么的，AMD為什么要收購它呢？

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，它們在各種工作負載中具有某些優(yōu)勢。

自從賽靈思發(fā)明了FPGA，至今已經(jīng)36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>

Intel的CPU很強，但是在兩年內(nèi)拼不過有臺積電7nm加持的AMD，其GPU明年也將發(fā)布。Intel有Altera的FPGA技術(shù)。

AMD目前則是CPU與GPU都還不錯，CPU性能目前可以至少碾壓Intel兩年時間。GPU也有一席之地，勝在便宜量又足。如果收購Xilinx成功，將進占高端FPGA領(lǐng)域。

英偉達的GPU非常強，如果收購ARM成功，將在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到CPU/MCU的核心技術(shù)，而他收購的Mellanox，在服務(wù)器和存儲連接領(lǐng)域?qū)碛芯薮蟮膬?yōu)勢。英偉達目前沒有FPGA，消化目前的收購是階段重點。最新消息是英偉達收購ARM已經(jīng)失敗，基本退出了這場核心CPU市場的競爭。

那么AMD收購Xilinx的技術(shù)動機在哪里呢？

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。

我來介紹一下這兩個東西的融合史。

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成為了關(guān)鍵先生，在2015年ARM終于決定開源自己的Cortex-M0核。隨后，ARM又在2017年6月20日開源了Cortex-M3核，并在2018年10月22日開源了Cortex-A5核。DesignStart計劃的不斷推進，使得ARM在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也逐漸建立起優(yōu)勢。

Cortex-M0/M4核的開源，使得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)被徹底邊緣化了，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。

考慮到在通信市場中比如華為基站對于純高端FPGA的需求還很大，這塊市場賽靈思還不會放棄，但是隨著華為被限供，賽靈思內(nèi)部已經(jīng)將華為訂單剔除出KPI，將戰(zhàn)略重點放在新方向上。

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。

另一個巨頭英偉達唯有加強其云端GPU的優(yōu)勢，來和對手的CPU+FPGA架構(gòu)比拼，而數(shù)據(jù)中心的另一個大玩家谷歌，則在默默修煉其TPU處理器（其并行處理架構(gòu)“脈動陣列”與FPGA有相似之處），也不容小視。

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。

那么，這對于中國本土IC企業(yè)有什么啟示呢？

AGM微電子的觀點是，未來很可能獨立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。

這兩年在國產(chǎn)替代的加持下，幾家主要的民用FPGA公司出貨量均已遠超去年，且其中純FPGA芯片的占比在減少，大頭是集成了ARM和FPGA的高能效SoC。

AGM是國內(nèi)老牌的FPGA/CPLD芯片企業(yè)，今年AGM不但高調(diào)推出了與STM32兼容的AG32系列通用MCU，還推出了集成FPGA的MCU32系列，在國內(nèi)率先將FPGA深度融合到CPU/MCU產(chǎn)品中。

如果客戶的PCB板上既使用了MCU，又有FPGA芯片，那么使用AGM的這款定制芯片，可以幫助客戶降低采購成本，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。