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FPGA走向全方位解決方案時代
廠商數量減少 產品線更加多元化

【作者: 姚嘉洋】   2014年10月14日 星期二

瀏覽人次:【9137】

@引言:


FPGA業者數量的減少,不代表這個產業走向衰退,相反的,


引領先進製程的,正好就是FPGA業者, 但我們看到的,


卻也是無止盡且類似的市場競爭策略不斷上演。


@QUOTE:


為了能搶奪對手的市佔率,各種策略的使用都有其道理,


但演變到後來,似乎也就是彼此互有領先罷了。


短期來看,FPGA產業不會太明顯的變化。


而你也能感受到,單一供應商的產品線變得更加多元。



回顧FPGA(可編程邏輯閘陣列)的發展歷程,就彷彿是上演一場永無止境的軍備競賽,其中以兩大領導業者,賽靈思(Xilinx)與Altera更是樂此不疲,只要其中一家業者發布產品訊息,接著另一家通常也會採取行動,同樣揭露重大消息,試圖採取反制,避免競爭對手在話題性甚至是在市場份額等表現凌駕在自己之上。



圖一 :  Altera與英特爾的合作,是否有辦法一口氣改變先進製程FPGA的戰局,是全球半導體產業極為關注的焦點。(Source:Altera)
圖一 : Altera與英特爾的合作,是否有辦法一口氣改變先進製程FPGA的戰局,是全球半導體產業極為關注的焦點。(Source:Altera)

另一方面,排名較為後面的FPGA業者們,也隨著半導體產業的併購浪潮下,逐漸消失在市場舞台上,像是Actel被Microsemi所併購,Silicon Blue則是被萊迪思半導體(Lattice)所買下。另一家過去也是以FPGA為定位的QuickLogic,也將自己定位成客製化晶片業者,並不打算與過去的競爭對手正面衝突,所以過去頗為熱鬧的FPGA產業,真正流著傳統的FPGA血液的業者,在檯面上,似乎也僅剩賽靈思、Altera與萊迪思三家業者而已。萊迪思台灣區總經理李泰成便談到,短時間內,全球FPGA市場應該只剩下兩大(賽靈思與Altera)一小(萊迪思半導體)而已,應不至於有其他的業者進入該市場。


FPGA雙雄 先進製程的領頭羊

事實上,賽靈思與Altera的軍備競賽並不是什麼新鮮的話題,綜觀半導體乃至於IC設計領域,不乏有許多業者肯定這兩間公司對於先進製程的投入,以降低晶圓代工業者們的學習曲線,以讓其他的IC設計公司能無後顧之憂向新一代的製程技術邁進。以28奈米製程為例,賽靈思便是號稱全球首家進入該製程的半導體業者,合作的晶圓代工業者則是龍頭台積電(TSMC),其後,行動晶片大廠高通,也順勢推出28奈米製程的應用處理器,所以將賽靈思與Altera比喻為IC設計領域的先進製程領頭羊,實不為過。


就現狀來看,賽靈思已經先進製程推進至16奈米FinFET,交由台積電負責量產,Altera則是採用14奈米三閘極電晶體製程,由近期對於晶圓代工市場有極高興趣的英特爾負責。我們都知道,在28與20奈米製程的產品線,Altera仍然是交由台積電量產,所以當英特爾取得Altera最新一代的產品訂單後,從產業界乃至於媒體圈,都視英特爾為台積電在晶圓代工相當強大的競爭對手。


當然,考量到競爭對手汲汲營營於擴大市場佔有率的前提下,不論是16奈米FinFET或是14奈米三閘極電晶體,都有良率或是快速推出市場的需求,賽靈思與Altera有輸不得的壓力,台積電與英特爾相信也是抱持著相同的心態。一旦量產時程落後,或是良率過低的情況下,被競爭對手超過只是時間早晚的問題而已。


多製程節點供應 成雙雄共識

大體上,賽靈思與Altera所採取的先進製程與委托的代工業者有所不同外,其餘的策略並沒有太明顯的差異。舉例來說,賽靈思所採取的,就是多製程節點的產品供應策略,從既有28、20奈米再到16奈米FinFET等,希望能一次滿足不同設計的客戶群。同樣的,Altera SoC產品市場行銷部門資深經理Todd Koelling談到,Altera在SoC(系統單晶片)產品的投資上也有較長期的承諾,並已經發表了三代的SoC發展藍圖,從現有已經大量生產的28奈米產品,到20及14奈米產品,Altera在每一代的FPGA中都有內含處理器系統的產品,這種領先優勢延續到採用英特爾的三閘極電晶體製程技術,以及64位元四核心ARM Cortex-A53處理器。


這種內建ARM處理器核心的FPGA,一般業界稱之為SoC FPGA,不光是Altera擁有這樣的產品線,賽靈思在28奈米的Zynq,同樣也內建了雙核心的Cortex-A9處理器,未來在新一代的產品線也會內建64位元架構的處理器,但詳細的規格,賽靈思仍然保密到家。除了既有的SoC FPGA外,不論是28亦或是最為先進的製程節點,雙方也有提供獨立的FPGA產品線,以Altera為例,採用14奈米的三閘極電晶體的Stratix 10就分為:GT、GX與SX三種類別,前兩者就是單純 的FPGA架構,最後即是內建了64位元四核心ARM Cortex-A53處理器的版本。


相同的問題 不同的因應之道

另外,相同的地方還有晶片本身內部的佈線延遲的問題,賽靈思與Altera針對此點,亦各自提出作法,希望能加速晶片內部的訊號傳輸速度。賽靈思採用SSI(堆疊式矽晶互連)技術,來提升封裝內的晶片的傳輸速度。Altera Stratix產品線經理Lux Joshi則是指出,透過結合英特爾的14奈米製程與HyperFlex架構,Stratix 10可帶來平均兩倍的核心效能增進,並具有高達1GHz的核心速度。HyperFlex架構是為Stratix 10 FPGA與SoC開發的一種新的、具開創性的核心組織架構,設計用來符合像是網路、通訊、廣播、軍事,以及運算與儲存市場等最先進應用的需求。這個架構提供一種創新做法,以克服像是難以增加匯流排寬度、佈線過於稠密,以及互聯延遲等傳統架構的限制。


而為了因應自家的產品架構變化,同時也為了要拓展更多的應用市場,在開發工具策略上,其實也頗有異曲同工之妙。賽靈思的28奈米產品線,就以All Programmable為主要核心概念,但來到了20奈米,就改以「UltraScale」為主,稱呼雖然不同,沿襲了既有的架構優點再進一步優化,其開發工具當然也必須有所改動。同樣的,Altera為了要搶進Open CL市場,也刻意在開發工具有所調整,希望能進一步與Open CL相容,讓工程師能透過FPGA設計Open CL相關端應用,而不是僅僅固守在傳統的通訊、航太與軍事等既有市場。


另有市場區隔 萊迪思持續擴大競爭優勢

不過,FPGA市場也不是僅有賽靈思與Altera雙雄逐鹿而已,值得注意的,亦有萊迪思半導體。


自從萊迪思併購Silincon Blue後,全球FPGA市場至此邁入了另一個時期,萊迪思從工業與通訊領域,大舉跨足消費性電子應用,萊迪思在該領域擁有相當多的斬獲,相關的重大訊息發布,也幾乎是針消費性電子應用而來。


對此,萊迪思半導體台灣區總經理李泰成表示,儘管萊迪思在消費性領域收獲頗豐,但並不表示萊迪思就棄守原有的領域。萊迪思的產品線以應用類別區分,概括可以分為:通訊相關基礎建設、工業控制(含工業電腦與車用電子等)與消費性電子等三大面向,他坦言,萊迪思在新增加的營收中,有百分之五十來自於新產品的開發,這就必須歸功於併購Silincon Blue。但整體而言,通訊領域的營收仍佔萊迪思營收約44%,消費性電子僅有26%,工業控制則有30%。


李泰成強調,萊迪思不會棄守既有的應用市場,在未來,反倒是會利用消費性電子產品線的特性,如低成本、低功耗與小封裝的特色,移植到工控與通訊領域,來強化既有的產品競爭力。在未來幾年,在工業與通訊營收要有翻倍的成長表現,顯見Lattice在該領域仍有相當強烈的企圖心。


而近年來大多的國際半導體業者漸漸退守低毛利的消費性電子領域,尤其是MCU(微控制器)業者的狀況更是如此,但萊迪思卻反其道而行,在該領域大力推廣自家產品線,李泰成不諱言,消費性電子的競爭激烈迫使國際級的MCU業者開始退守,這是很合理的現象,但消費性電子市場是否需要FPGA?就萊迪思的營收表現來看,結論是需要的。



圖二 :  考量到差異化設計與快速導入的需求,小型化的FPGA對於消費性電子其實有相當的助益。(Source:萊迪思官方網站)
圖二 : 考量到差異化設計與快速導入的需求,小型化的FPGA對於消費性電子其實有相當的助益。(Source:萊迪思官方網站)

原因在於萊迪思能將FPGA的特色以小封裝、低功耗與低成本的方式來滿足開發時間短、極需差異化又低成本的消費性電子市場,再加上FPGA本來就有平行運算功能,相較於MCU的序列運算,具有性能上的優勢。他也坦言,即便面對擁有浮點運算功能的MCU,萊迪思的產品線的確也有一定程度的競爭關係。不過,這還是端看客戶的需求,目前的確還是有客戶採用MCU搭配FPGA的協同設計。


結論

綜觀FPGA市場的發展,可以確定的是該市場的走向應相當單純,因為檯面上的供應商僅剩三家,賽靈思與Altera勢必會持續在先進製程上較勁,萊迪思則是在找不到完全相同的競爭對手下,持續擴大市佔率。但可以確定的是,不論是多製程節點的產品線提供,或是以併購方式來擴大產品組合,其實都是希望能滿足更廣泛的市場需求,畢竟FPGA在晶片領域是相當靈活的架構,它的確可以解決不少系統設計上的問題,FPGA市場在短時間內應不會太大的變化才是。


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