3月1日，FPGA芯片行业发生了一件大事，从英特尔拆分出去的PSG部门，正式宣布了其“新名称”：还是曾经的品牌Altera。是的，Altera王者归来了。


从曾负责英特尔数据中心和人工智能（DCAI）部门，被任命为重组后的 Altera 的首席执行官的桑德拉·里维拉（Sandra Rivera）介绍得知，Altera 目前正在追逐的整个潜在市场，主要是针对 Xilinx，但也针对 Achronix 和 Lattice Semiconductor。Achronix 与 Xilinx 和 Altera 一样向数据中心销售 FPGA，这四家公司都有嵌入式和边缘用例，涵盖国防和航空航天、电信和网络、工业和其他行业以及数据中心之外。



总体而言，除了网络、汽车、消费品和工业产品的标准用例之外，Altera 还在追逐数据分析、SmartNIC 和 DPU、5G 和 6G 手机基础设施、机器人和运动控制、视频会议和分发以及机器视觉工作负载、测试和医疗以及国防电子产品。以下是 Altera FPGA 系列的总体路线图和客户细分，以及它们在功能、成本和容量方面的相互比较：



从上述介绍，我们可以看到新Altera的决心。FPGA市场也再起波澜。


FPGA的再次分拆在技术圈引起了广泛讨论。这一决策标志着CPU和FPGA两大技术路径的分离，同时也引发了关于FPGA未来发展路径的思考：FPGA是应该独立发展，还是与CPU紧密集成更为合适？这对于FPGA市场的竞争格局又会发生怎样的变化呢？国产FPGA厂商可能面临新的竞争。


CPU与FPGA分分合合


天下大势，分久必合，合久必分。在此，也让我们再来回顾下英特尔与Altera、CPU和FPGA之间的分分合合。


根据维基百科的记载，Altera成立于1983年，早在1984年，该公司与英特尔建立了长期设计合作伙伴关系，并于1988年通过首次公开募股（IPO）成为上市公司。而且在1994年，Altera还以5000万美元收购了Intel的PLD业务。


2015年6月，英特尔宣布以167亿美元收购FPGA巨头Altera。这笔交易震惊了整个科技行业，也引发了业界对FPGA未来发展的诸多猜测。


英特尔收购Altera主要有以下几个原因：


  • 增强自身在数据中心领域的竞争力。Altera在FPGA领域拥有领先的技术和市场份额，其产品广泛应用于数据中心、通信、网络等领域。收购Altera可以帮助英特尔扩展其在数据中心领域的产品线，增强其与FPGA厂商赛灵思（Xilinx）的竞争力。


  • 拓展新的市场机会。Altera在可编程逻辑器件（PLD）领域拥有丰富的经验和技术，这可以帮助英特尔拓展新的市场机会，例如物联网、汽车电子等领域。


  • 提升研发实力。Altera拥有强大的研发团队，其技术实力在业界享有盛誉。收购Altera可以帮助英特尔提升其研发实力，保持其在技术领域的领先地位。


收购之后的Altera被整合为英特尔的一个新业务单元，名为“可编程解决方案组”（PSG）。该业务部门后续开发了英特尔的Agilex、Stratix和其他FPGA产品。尤其是他们所打造的Agilex FPGA家族，涵盖了低中高端市场。其中Agilex 7高端FPGA产品线取得了很大的成功。


然而，在收购Altera九年后，英特尔于2023年10月4日公开宣布，将剥离其可编程解决方案部门（PSG）。从今年1月1日起，PSG作为一个独立的实体机构运营，并计划在未来两到三年内为该业务进行公开募股（IPO）。


那么，为何CPU与FPGA“分手”呢？


关于英特尔剥离FPGA业务，国内专业人士认为：“英特尔在2015年收购Altera即使是现在来看，也是一项具有前瞻性的战略举措。当时，英特尔正积极布局数据中心业务，并希望通过收购Altera来加强其在数据中心加速领域的领先地位。


然而，在收购后的整合过程中，英特尔并未充分发挥Altera的FPGA业务价值。一方面，FPGA业务（PSG事业部）在英特尔整体营收中占比偏低，一年不到30亿美元的收入仅占其总体营收的约为3-4%，因此未能获得足够的重视，也导致Altera部分员工流失。另一方面，英特尔试图将Altera的FPGA芯片深度整合至CPU，但这一过程进展并不顺利。


鉴于上述原因，英特尔收购Altera并未带来预期的显著收益，且削弱了FPGA业务的独立发展潜力。因此，英特尔选择释放FPGA业务，让其独立发展，可能更有利于该领域的技术创新和商业增长。这是基于商业战略考量的决策。”


电子科技大学长三角研究院（湖州）集成电路与系统研究中心副主任、Altera“金牌讲师”黄乐天认为，当时收购Altera的时候，是想结合FPGA做异构计算。当时他们谈到整个FPGA的运算的能效比GPU要高，如果说把FPGA能够像GPU一样搞成一个GPFPGA，或者是以算法加速或运算加速为特点的FPGA，则可与CPU紧密结合以提高整体性能。


在此，我们需要理解CPU和FPGA的本质区别。CPU（中央处理单元）是一种通用处理器，设计用于执行广泛的计算任务，拥有固定的硬件架构和指令集。相比之下，FPGA（现场可编程门阵列）则提供了可编程的硬件，允许用户根据特定应用自定义逻辑电路。这种灵活性使FPGA在处理特定任务时表现出高效和定制化的优势。


“英特尔曾投入大量资源开发OpenCL和OneAPI等通用计算框架，试图将FPGA纳入通用编程范畴。但实践表明，FPGA并不适合于这种角色，反而导致了传统的通信网络和信号处理市场的忽视。实际上，FPGA的本质更接近于通信器件，更适用于I/O接口的聚合、数据预处理等任务。”黄乐天告诉笔者。


直到最近英特尔推出Agilex FPGA家族，才重新把通信信号处理、网络交换这些当成重点发布。尤其是在Agilex FPGA中引入了AIB协议和EMIB为基础的Chiplet技术，将IO接口和专用加速器作为FPGA的外围Chiplet集成起来，可以面向网络交换、无线通信等特定应用场景灵活的搭配各种接口，重回了FPGA适用于特定场景定制化设计的“主场”。


“总的来说，在AI时代，FPGA并未成为与GPU分庭抗礼的通用计算器件。或者FPGA与CPU融合不应该像英特尔这样来搞，不应该把他看成是FPGA的附属或是单纯的一个加速器件。后来英特尔也转而走上了自研GPU的道路。”黄乐天表示。


这个决定是在英特尔认识到它在管理PSG方面出现了失误之后作出的。英特尔在其文稿中提到，尽管PSG财务上连续创下纪录，但英特尔认为，PSG在FPGA的真正高增长、高利润市场（如工业、汽车、国防和航空航天）方面服务不足。PSG在成为英特尔DCAI（数据中心和人工智能）的正式部分后，主要专注于数据中心解决方案，忽视了其他业务领域。


从市场需求和技术发展的角度来看的话：CPU作为通用处理器，已经形成了成熟的市场和应用生态。而FPGA在特定领域（如数据中心、网络处理、特定运算加速等）展现出独特优势，但其市场相对专业化且定制化需求更高。英特尔拆分FPGA业务，可能是为了让FPGA在其擅长的领域内实现更专注和深入的发展。


FPGA是“单身”好？还是与CPU合起来好？


那么，问题来了，对于FPGA来说，是独立发展好，还是与CPU合在一起好。市场需求和技术趋势是决定FPGA发展方向的关键因素。随着人工智能和机器学习的兴起，对高性能、高效率计算的需求日益增加。在这样的背景下，FPGA的灵活性和可定制性使其成为一种有吸引力的选择。


但这两种方式各有利弊：


1. 独立发展


优势：FPGA的灵活性和可编程性是其最大的优势。在特定应用场景，如无线通信、数据中心加速器、网络设备和信号处理设备中，FPGA的这些特性能提供定制化的解决方案，以适应快速变化的市场需求。独立发展使得FPGA可以更加专注于这些领域的创新，加快技术迭代和市场响应速度。此外，FPGA的独立供应商可以与多种CPU制造商进行合作，增强市场适应性和灵活性。


劣势：可能需要更多的资源和时间来开发与特定应用深度结合的产品，且在通用性和易用性方面可能没有很好的和其它可编程资源充分整合。


2. 与CPU整合


优势：可以结合CPU的通用性和FPGA的灵活性，提供一种既通用又高效的解决方案。对于需要快速处理大量数据的应用（如大数据分析、云计算），这种集成方案具有明显优势。将FPGA与CPU集成在同一芯片上，可以实现数据处理的高效率和低延迟。集成设计可以减少芯片间的数据传输延迟，提高能效比，尤其在空间和功耗受限的应用（如移动设备和嵌入式系统）中更显优势。同时，随着计算需求的多样化，集成化的CPU和FPGA解决方案也显示出其独特价值。


劣势：技术集成的复杂性增加，可能导致开发成本和时间的增加。在特定应用的高效性上可能不如完全定制化的FPGA解决方案。同时，CPU厂商往往存在“CPU中心主义”的思想，过分强调将FPGA与CPU整合而忽略FPGA自身发展的需求。


总体来看，英特尔拆分FPGA业务反映了技术发展的多样性和市场需求的差异化。对于FPGA来说，无论是独立发展还是与CPU整合，关键在于如何更好地服务于特定的应用场景和市场需求。未来，我们可能会看到更多针对特定领域优化的FPGA产品，同时也会看到在某些应用中CPU和FPGA的深度整合。这种多元化的技术路径，将更好地满足不断变化的市场和技术需求。


“FPGA+”是发展趋势


“如果要做高端市场，仅用一个纯FPGA，我认为越来越难。不是说你提供一个几兆的local table，就上亿门或者是上十亿门的FPGA就能完美地解决这个大系统需要的这些问题。”国内专业人士表示，“CPU+FPGA”或“FPGA+”是现在AI时代下发展的一个趋势。因为现在很多数据中心上的技术业务和系统层面的问题都已经落实下来了。而且随着ChatGPT等AI的快速发展，对高算力的需求正在大幅提升。AMD收购赛灵思也是为了高算力的需求，AMD正在将CPU、GPU和FPGA融合，创造出异构且多样化的产品线，以满足未来对算力和灵活性的需求。


“因此，不管是以Die的形式，还是以Chiplet的形式，又或是更为简单的SiP形式，“FPGA+”肯定是一个技术方向。这一趋势已在小型应用市场中得到体现。然而，要实现“FPGA+”的完善应用，仍需解决包括软件层面、系统层面以及芯片的可靠性和功耗等问题。”他接着指出。


在高算力应用场景下，更强大的CPU与大型FPGA的组合是必要的。在这一发展过程中，FPGA的技术路线可能会进行调整，从传统以查找表（LUT）为主的结构，转向更高层次的抽象，例如粗粒度模型，将LUT层次提升至计算单元，增加更多的运算单元，如DSP切片，以补足CPU在并行加速能力上的不足。


他接着以赛灵思最新量产的7纳米ACAP FPGA为例，指出其中包含许多创新元素，不再局限于传统的查找表。这些创新包括更快的时钟速度通道、改进的布线结构、专用的AI引擎和矢量计算引擎，以及为满足AI时代数据处理需求而改造的DSP。这些细微的调整反映了FPGA技术在AI时代的演进和适应。


AMD的Versal HBM系列是首款也是唯一一款将SoC和传统FPGA结构与集成 HBM2e DRAM 和一流片上网络相结合的自适应硅器件。


不过，黄乐天也表示，FPGA做得过于复杂了，到底有多少人买单。“复杂的器件是有使用门槛的”，黄乐天指出，“其实Intel力推OpenCL和OneAPI也是为了降低使用门槛，但从实际效果来看并不算成功”。“类似ACAP这样超异构的复杂器件，要想真正协调发挥出各种编程资源的能力对于应用工程师的挑战极大，反过来又限制了其进一步推广使用。”


“从时间节点上来看，AMD收购赛灵思（2022年）的时间要比英特尔收购Altera更合适一点，2015年有点太早了。虽然方向是对的，但由于当时许多市场尚未成熟，这一举措并未能充分发挥其潜在价值”国内专业人士还指出。


写在最后：平静的FPGA市场再起波澜


彼时英特尔收购Altera后，部分客户出于对卖家变化的担忧，转而采购其他FPGA厂商的产品，包括赛灵思、Lattice以及国内新兴厂商，这释放出了很多的机会。黄乐天指出：“目前国产FPGA的市场占有率已经从五年前的不足5%，提升到了目前的20-30%。虽然增长是多方面因素造成的，过去五年多Altera被收购后在FPGA传统领域的空白期客观上为国产FPGA创造了很大的发展机会。”


但是这一FPGA业务独立运营后，它将重新作为独立FPGA厂商参与市场竞争，这可能会对现有市场格局造成一定干扰。一方面，Altera将寻求重新获得失去的客户，另一方面，其也将推出更多样化的产品，甚至进入低端市场，以抢夺更多市场份额。


“对于国产FPGA公司而言的话，我认为是又会迎来一个对手吧。虽然原来也是一个非常强硬的对手，但是他毕竟相比赛灵思而言，但是现在这个PSG部门正在采取更为激进的方式来抢夺更多的市场，可能会有更多多种可能性形式的产品，甚至重新来打低端市场也说不定。”


黄乐天认为，重新独立的Altera对FPGA市场来说是“王者归来”。目前Agilex FPGA在以FPGA为中心的Chiplet技术路线方面表现出色，Altera有望重新引领FPGA传统市场的革新。


对于国产FPGA厂商无疑将会带来更大的挑战，但也意味着机遇。国产FPGA厂商需要进一步提升产品竞争力和市场策略，才能在激烈的竞争中立足并发展壮大。


本文来自微信公众号：半导体行业观察 （ID：icbank），作者：编辑部