FPGA是半导体产业中规模并不算大的一个领域。一直以来,传统FPGA主要用于通信、军工和芯片原型验证等领域,被赛灵思和Altera两家巨头占据绝大部分市场份额,整体市场格局一直比较稳定。不过,随着赛灵思继Altera之后走上被收购之路,大规模FPGA厂商以独立姿态存在的时代画上句点。再加上新涌现的市场需求,可能给细分领域的FPGA带来新机会。

 

中端通用FPGA面临机遇

 

新兴应用的崛起,带来新的市场需求。尤其在5G和AI的双轮驱动下,边缘设备的智能程度大幅提高。从边缘计算所处的物理环境来看,需求复杂多样,空间、温度、电源系统等方面往往有诸多限制,对低功耗、小尺寸有一定要求。但与此同时,又要求较高的实时性和计算能力。

 

FPGA兼具高计算性能和低延迟优势,低功耗FPGA更适合部署在边缘侧,满足智能系统的数据协同处理、5G通信基础设施中的高带宽信号桥接、以及ADAS系统中的传感器接口桥接等需求。艾瑞咨询在一份边缘计算报告中指出,FPGA能够更好地满足边缘侧对性能、能耗及延迟的要求。

 


 图源:艾瑞咨询

 

当务之急:把蛋糕做大

 

专注于低功耗FPGA的莱迪思半导体(Lattice),不论是产品设计还是工艺选择,可以说一直在功耗和性能的平衡中前进,其产品多用于工业、汽车以及多种边缘计算应用中。与主攻高算力、高性能的赛灵思、Altera(已并入英特尔PSG部门)相比,走的是差异化的发展路线。

 

Lattice最近推出了一款增强型通用FPGA产品CertusPro-NX,是其Nexus平台FPGA产品中逻辑密度最高的器件。这款产品的推出,除了自身的创新和提升,其实也代表了FPGA的发展契机以及一些微妙的格局变化,在工业、汽车、通信等应用中,它将与市场上已有FPGA方案展开竞争,被认为是Lattice“回归主流FPGA之作”。

 

Lattice亚太区总裁徐宏来对<与非网>表示,所谓“主流FPGA”,就是指通用型FPGA。未来将会在这方面持续投入,预计2022年下半年推出新的Avant平台,以及基于该平台的一系列通用或适合特定市场的FPGA。

 

梳理一下Lattice 的FPGA产品路线图,可以发现CertusPro-NX这款产品规划已久。这是Lattice在过去18个月内推出的第四款基于Nexus技术平台的产品,前三款产品分别是主攻嵌入式视频应用的CrossLink-NX、经过重新定义的Certus-NX、第二代安全FPGA Mach-NX。“基于Nexus平台的一系列产品,可以让我们的市场规模扩展到30亿美金”, 徐宏来说道。


抓住边缘计算市场机会

 

根据莱迪思现场技术支持总监蒲小双介绍,与竞品相比,CertusPro-NX最大的特点在于不仅功耗效率得到了大幅提高,还在更小的封装尺寸中提供了更高带宽,且是同类产品中唯一支持LPDDR4外部存储器的FPGA产品。通过利用莱迪思在FPGA架构方面的创新和低功耗FD-SOI制造工艺,CertusPro-NX器件的功耗比同类竞品FPGA低四倍。

 

CertusPro-NX FPGA支持8个可编程SERDES通道,速度10.3 Gbps,支持主流通信和显示接口,如10 Gigabit Ethernet、PCI Express、SLVS-EC、CoaXPress和DisplayPort。
 

 

为满足网络边缘AI和机器学习应用对稳定的数据协处理的需求,CertusPro-NX FPGA支持100K逻辑单元,是基于Nexus的FPGA中逻辑密度最高的器件,其片上存储器容量也比同类其他FPGA高出约65%。

 

对比竞品Cyclone V GT、Cyclone 10 GX、kintex-7、Artix-7,CertusPro-NX面积仅为81mm2,比竞品器件小6.5倍。蒲小双表示,对于工业摄像头或通信系统中使用的SFP模块开发人员来说,小尺寸是一个关键的设计考量因素。此外,考虑到汽车、工业和通信领域的关键型应用所需的高可靠性,实现可预测的性能并确保用户安全,Lattice将CertusPro-NX器件抗软错误能力提高了100倍,并可在-40℃至125℃的结温范围内正常工作。
 

 

28nm FD-SOI应用周期还很长

 

Nexus平台几代产品都沿用的28纳米FD-SOI工艺,该工艺应用周期是否还很长?徐宏来的答案是肯定的,他认为FD-SOI会带来功耗的降低,特别在边缘计算领域,对功耗的敏感会带来很大的对FD-SOI工艺的需求。至于未来会不会考虑一些潜在的工艺类型?他强调,即使下一代产品平台会用不一样的技术,但会着重功耗的考量。

 

在FPGA制程的选择上,徐宏来表示,不见得一定要追求很高的工艺制程,先进制程固然可以带来更多晶体管或功能集成,可以集成更多的元件,但是选择哪种制程,需要综合考虑晶体管规模、工艺对性能的影响,包括弱电流、频率等,同时要考虑产能和整体的投入产出。

 

当前,国内一些FPGA公司也开始进入28nm,瞄准中型FPGA市场,这也是Lattice将在中国本土面临的竞争。未来,Lattice将从两个方向打造差异化优势:一是更多的逻辑单元,像最新的CertusPro-NX的100K逻辑单元,证明了Lattice在提升逻辑密度方面的能力;另一方面,将会向专用且兼具灵活性的方向发展,针对特定细分场景进行优化。

 

缺货大潮下,将会优先汽车供应

 

赛灵思和英特尔PSG在中低端市场的布局已经完成,需要向更大的全球化的市场方向发展,现在最为确定的机会就是云端的数据加速,但是需要和CPU、GPU结合去发力,这也是FPGA双雄相继被收购的主因。

 

此外,FPGA还有一个鲜明的“开路先锋”的标签。在IoT、5G等发展过程中,一些新兴场景或应用需求还不明确的情况下,FPGA作为可编程的逻辑器件,能够起到很好的开路先锋的作用。但是,一旦最终应用成型,需求固化,进入大规模铺量阶段,ASIC芯片就会迅速接盘,在成本等方面超越FPGA。这些既是FPGA的优势,也是它一直以来的一个无奈处境。

 

在这种情况下,Lattice一直紧锁低功耗FPGA市场,并且目前借着边缘计算的机会,在新兴应用市场拓展规模,也是一种聪明的打法。

 

对于一直在中低端碎片化市场寻求生存机会的FPGA厂商,边缘计算就像是时代的馈赠,恰如其分地契合了他们的特长和目标。

 

对于Lattice来说,工业、汽车肯定是近两年的重点。在全球芯片都在短期的情况下,汽车会是重中之中。徐宏来表示,将会在供货上给汽车更高的优先级。这方面的的量不是太大,但同时又有一些独特要求,会把更多的产能资源给汽车市场。对于几个大的客户,以及国内的新兴汽车企业,都会全力来支持。