FPGA从台前走向幕后
2020-11-16
14:00:16
来源: 半导体行业观察
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CTIMES
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10月27日，AMD终于正式对外宣布，已获得双方董事会同意，将以370亿美元的价格，收购赛灵思（Xilinx），并预计于2021年完成交易，让这宗传闻已久的合并案，正式尘埃落定。现在只要主管机关同意，这个现任的FPGA市场龙头老大暨发明者，就要下台一鞠躬，转任高性能运算应用市场的辅佐角色?
FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的逻辑芯片，首次问市是在1984年，由赛灵思所推出，但当时还不是叫做FPGA，直到另一家芯片商Actel也推出类似的产品，并取名为FPGA之后，这个名称才开始广泛的流传?随后也有数家芯片商，开始供应相同功能的芯片，包含Altera和Actel等?
而与FPGA相对的，就是不可编程的芯片方案，这也是市场的主流形式，就是所谓的ASIC（Application Specific Integrated Circuit），「特定应用整合积体电路」?这种芯片设计形式基本上就是依据特定需求和目标所开发的芯片，像是苹果Bionic处理器就是一种?且市面上多数的芯片一开始都是以AISC形式来开发的，只是后来发展为量产化?
虽然FPGA和ASIC外观看起来长一样，但里头的构造其实非常不同?以高通的Snapdragon为例，它里头就整合里许多的特殊功能和专用的设计，除了有CPU和DSP之外，还包含了无线芯片和GPU，最新的架构甚至是整合了AI的加速引擎?
至于FPGA，它多半就是DSP、记忆体和很多的可编程的逻辑区块（PLB），允许客户自行去编程所需的功能?所以FPGA在应用上就比较适合用于产品原型的开发，以及特定的低量产型的产品?然而，随着高性能运算与人工智能应用的兴起，FPGA可编程的特性，就是十分适合用于订制的加速引擎的角色，因此获得了新的市场目光。
图一: FPGA与ASIC的差异示意?(CTIMES制图)
然而，AMD收购了Xilinx之后，其实也意味着FPGA将要进入新的时代，就是会从幕前走向幕后，变成辅助运算的角色?因为市场上可能再也没有独立的FPGA供应商了?之前的老二Altera，已经被英特尔收购，现在AMD又买下了Xilinx，更印证了这个趋势?未来FPGA将是作为主要运算架构的支援系统，或者用于针对特定应用的加速器?
至于AMD将会怎么合并Xilinx？或许可以参考英特尔收购Altera的情况，因为这两家公司的商业模式和目标市场几乎完全相同，唯一的差别就是双方的供应链和生态系统。
英特尔是在2015年以167亿美元收购了Altera，然后隔年就成立了可编程事业部，慢慢的收编FPGA技术至旗下的产品线里?
从技术互补的角度来看，或者也可称之为综效，英特尔本身是在CPU和高速传输技术方面十分领先，同时它也有自己的晶厂厂，因此具备晶圆制造的能力，特别是先进3D封装和SoC技术方面?而FPGA的加入，就给了他们可编程的技术，用以辅助和拓展主要运算系统的性能?
而两者相加的主要目标市场，不外乎就是高性能运算（HPC）、资料中心和5G高速传输等相关应用?再者，由于人工智能应用的兴起，深度学习的技术也会越来越广泛的被使用，而FPGA可编程的特性，刚好可以满足各种不同资料型态的运算和分析的需求，因此对于AI的应用也会带来相当的助益?
图二: 英特尔合并FPGA的综效示意?(CTIMES制图)
具体的技术，就是透过FPGA的架构，来提供更高的运算频宽，用以执行特定的运算需求，而它的形式就是一种可编程的加速引擎，再搭配高速I/O，来创造?而英特尔也透过自身在芯片制造上的能力，提供了低功耗和3D的芯片制程技术，持续改善过往FPGA体积较大和功耗高的问题?
然而，对英特尔来说，最主要的，还是补足了旗下的产品组合，让它有更多的武器可以进攻正快速成长的高性能运算与资料中心市场?
不过由于英特尔收购了Altera之后，并未在资料中心和HPC市场上有更多的斩获，甚至还遭到AMD等业者的蚕食，因此市场普遍认为英特尔收购Altera的成果不是那么成功?但如果从它的PSG部门的营收来看，其实PSG仍维持的相对稳定的成长，要说它失败，可能仍言之过早?
再看看AMD和Xilinx，这两家公司的本质其实与英特尔和Altera差不多，仅有一些差异?而最主要的不同，就是这两家公司现在都是无晶圆的业者，因此在设计与制造上都会重度的仰赖代工厂；再者，就是收购经验的差异?相对于英特尔长期以来已发动过不少的收购案，因此在整合产品上的经验较为丰富，AMD则是较少采取并购的行动，要花多少时间进行整合就是值得关注的焦点?
图三: 更高阶的封装技术，意味着晶圆代工厂的角色更吃重?图为英特尔的技术方案?(CTIMES制图)
当然，AMD和Xilinx的合并，最明显的一个发展方向，就是会扩展在HPC、AI和5G解决方案的技术能力，并将与英特尔和Nvidia展开更白热化的对抗?
而AMD和Xilinx两家公司还有另一个亮点，就是两位执行长的背景，这可能会有助于两者的整合过程?首先Victor Peng待过AMD，对CPU与GPU技术非常熟悉；而苏姿丰是芯片研发起家，对于半导体技术也了若指掌?因此，在合并与产品的开发上，可能可以有更快的节奏?
另外，这两人都出身台湾，Victor Peng出生台北，苏姿丰来自台南，这个背景可能会让他们在文化上更加靠近，当然也有助于后续的进展?
AMD与Xilinx若能顺利合并，将更彰显HPC、AI和5G在未来应用里的重要性，而双方的整合将会给AMD更有力的产品策略，去取得更佳的战略位置?
然而因为双方都是无晶圆厂，设计与生产都必须要制造商紧密的合作，因此势必要深度的与晶圆代工厂合作?所以无论是新产品的研发，或者是产能的取得，都会跟台积（TSMC）有更密切的配合?
在此同时，英特尔也正在规划外包部分的晶圆制造业务，以减少自身营运的负担?所以，这宗并购案对市场真正的影响，就是确认了高性能运算时代的全面来临，同时FPGA也会被纳入此体系之中?
另一方面，由于晶圆制造的成本与难度的持续提升，晶圆代工厂的重要性也更被彰显出来，作为晶圆制造最大势力所在的台湾，无疑是这些并购案里最大的受益者?
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