英特尔分拆FPGA业务，国产发展几何？
来源:eeworld发布时间:2023-10-061405浏览
询问 AI10月4日，正值假日期间，一则消息引爆了芯片圈，英特尔在其官网宣布，将剥离其可编程解决方案部门（PSG），预计将于2024年1月1日开始作为独立业务运营，预计将在发布2024年第一季度财务报告时将PSG作为一个独立的业务部门报告。在未来两到三年内，英特尔打算为PSG进一步IPO，并可能与私人投资者一起探索机会，以加速业务的增长，英特尔保留多数股权。英特尔执行总裁Sandra Rivera将担任PSG的新任首席执行官，目前他是英特尔数据中心和人工智能集团（DCAI）的总经理。在此期间，Rivera 还将继续担任 DCAI 的职务，直到英特尔找到替代人选。回顾2015年，英特尔斥资167亿美元收购了当时的Altera公司，此后Altera成为了今天的PSG。2022年，AMD又以490亿美元正式收购赛灵思，那时起，世界上叫得出名号的FPGA大厂均被整合。时间回到现在，FPGA格局又生变。付斌丨作者电子工程世界（ID：EEworldbbs）丨出品
近几年，英特尔一直持续瘦身行动，自两年前帕特·基辛格上任以来，英特尔已经出售或剥离了几个业务部门，包括其SSD业务、NUC迷你PC业务、Mobileye ADAS部门等，同时对英特尔的铸造服务（IFS）晶圆厂部门进行了重大投资。不止如此，英特尔不止一次“买了再卖”：比如英特尔曾花77亿美元收购McAfee，后单飞，而后英特尔分拆其McAfee网络安全部门，以31亿美元现金的价格将多数股权出售给投资公司TPG；无独有偶，英特尔曾以8.84亿美元收购Wind River Systems，而后出售给TPG；此外，英特尔还曾以153亿美元收购Mobileye，而后独立上市。
FPGA自身的硬件可编程性是目前任何器件都无法替代的，因为极具灵活性，所以号称“万能芯片”，灵活的加速特性使其可服务于云、网、边缘的各种应用之中。FPGA内部设计可简单理解为电路设计，无论是时序逻辑电路还是组合逻辑电路，都能在电路板上电的那一刻开始工作。打个比方，集成电路就像一幢高楼大厦，建成后就无法改变主体结构了；FPGA就像是建房子所需的材料，想要建什么样的房子都可以自由组合，建得不好还可以拆掉重建，同样一种芯片可以满足各个领域。此外，FPGA集成度高、并行计算能力强、延迟低，并在性能、功耗、成本之间有较好的平衡，既能用于芯片设计，又能在计算上独当一面。通用处理器虽说“什么都能算”，但在AI和ML快速发展的趋势下，可组合性的异构计算正成为主流。得益于FPGA的低时延、高性能、灵活性和极佳的总拥有成本（TCO），FPGA成为数据时代不可或缺的一名大将。作为一种数字芯片，FPGA时常拿来与CPU、GPU、ASIC对比。当然，其实各种芯片都各有所长，而FPGA正因其可编程性，而独占鳌头。
FPGA的硬件技术指标包括LUT数量（难以统计，已改为System Logic Cells、Logic Elements或Density LUTs等不同名词指代）、DSP数量、RAM容量、User I/O数量、制造工艺、DSP工作频率、动态功耗、SerDes速率、DDR速率等。自从1985年 赛灵思发明FPGA以来，FPGA容量已经提高了一万倍以上， 速度提高了一百倍以上，价格和功耗缩小了一千倍以上。FPGA芯片技术正在向更先进工艺、更高速电路结构、复杂异构SoC系统发展。目前国际主流 FPGA芯片公司逐渐形成了在FPGA芯片中加入处理器的技术路线，并形成了可编程系统级芯片这一新产物。和传统FPGA芯片不同，现场可编程系统级芯片的 特点是单芯片高度集成了电子信息设备所需的 CPU、FPGA、存储接口、IO 外设接口甚至人工智能专用引擎等所有模块，单颗芯片可完成应用情景的所有功能需求。受先进制程迭代推动， FPGA架构不断更新。为了满足业界对超大容量与超高性能FPGA持续不断的需求， AMD（赛灵思）和英特尔都在不断增加FPGA芯片的逻辑规模和系统性能并追求最先进的芯片制程工艺。但受制于芯片的物理特性，芯片的面积越大其良率也就越低，因此一部分超大规模的FPGA芯片开始采用硅通孔技术将多个裸片堆叠以三维封装的方式实现。未来，为继续扩大FPGA芯片的逻辑规模，实现大容量、高性能、低功耗的目标， FPGA公司将主要从先进制程与先进封装两方面持续推进其研发路线。
经过几十年的寡头垄断和行业整合，目前全球FPGA市场方面，AMD和英特尔占据70%~80%的市场份额，莱迪思（Lattice）、微芯科技（Microchip）瓜分低功耗或细分子市场份额。中国市场方面，AMD、英特尔、莱迪思三家企业合计市场份额也超过85%。
AMD（赛灵思）和英特尔一直是宿敌，两家产品线最齐全，也拥有最高端的FPGA；反观莱迪思和微芯科技则是做巨头“看不起”的28nm制程中低端市场。当然，实际上28nm制程就能满足大部分需求，16/14/10/7nm虽然性能参数强，但成本和功耗并不划算。此外，软件工具链是产品立足的根本，脱离软件工具链的FPGA芯片，只能看不能用。EDA和IP是FPGA两个重要衡量标准。打个比方，FPGA比作电脑的芯片，EDA软件就相当于微软OS，IP方案则相当于应用软件。AMD和英特尔均拥有一体化平台，不仅整合了旗下产品，还对不同层次的开发者提供更多简单开发选择。莱迪思和微芯科技也正在尝试利用多种手段降低FPGA开发难度。
具体来说，复旦微电在国内较早推出亿门级FPGA，新一代十亿门级产品正在研发中，并且有可编程片上系统的技术储备；紫光同创覆盖高、中、低端等多层次FPGA市场；安路科技在FPGA/集成CPU、FPGA、数据处理专用引擎等单芯片产品方面都有储备，量产供货产品已覆盖100K以内的逻辑单元规模，并且PHOENIX1 系列中逻辑单元为 400K 的新产品已成功流片；京微齐力基于22nm工艺制程的FPGA已成功量产；易灵思基于RISC-V软核的FPGA已商用，并在16nm、40nm有长期的产品规划。而纵观安路科技、紫光同创、复旦微电几家公司关键业务数据，由于研发费用占比一度超100%，导致有一段时期净利为负。不过，得益于政策倾斜和科研项目经费补贴，这种窘境一定程度上得以缓解。
通过对比国际尖端产品，核心参数差距依然较大。不过，国内也非常注重软件生态的建设。比如说，智算平台是复旦微磨砺3年研发出来的一款针对CNN卷积神经网络的基于FPGA的深度卷积神经网络加速平台，具有高算力、低功耗的加速效果，提供高达1TGOPS的算力，灵活的支持VGG、YOLO、FaceNet等主流深度神经网络等优势。再比如，2022年5月，安路科技发布SF1系列FPSoC器件，SF1以单芯片实现了RISC-V和可编程逻辑的优势融合，获得广泛市场关注。又比如，Pango Design Suite EDA 套件是紫光同创基于多年FPGA开发软件技术攻关与工程实践经验而研发的一款拥有国产自主知识产权的大规模FPGA开发软件，可以支持千万门级FPGA器件的设计开发。
总计起来，国产主要存在以下三个发展瓶颈：
并不是因为生意不好
近几年，英特尔一直持续瘦身行动，自两年前帕特·基辛格上任以来，英特尔已经出售或剥离了几个业务部门，包括其SSD业务、NUC迷你PC业务、Mobileye ADAS部门等，同时对英特尔的铸造服务（IFS）晶圆厂部门进行了重大投资。不止如此，英特尔不止一次“买了再卖”：比如英特尔曾花77亿美元收购McAfee，后单飞，而后英特尔分拆其McAfee网络安全部门，以31亿美元现金的价格将多数股权出售给投资公司TPG；无独有偶，英特尔曾以8.84亿美元收购Wind River Systems，而后出售给TPG；此外，英特尔还曾以153亿美元收购Mobileye，而后独立上市。FPGA，远比想象重要
对于FPGA，很多人存在刻板印象，认为除了军用好像都不用FPGA，但其实FPGA应用非常广泛，FPGA/FPSoC芯片属于逻辑芯片大类，具有设计灵活、兼容性强、适用性强与并行运算等优势，工业、通信、医疗、消费电子、人工智能、视觉等领域都需要FPGA。不止如此，在汽车电子领域，FPGA芯片为快速增长的各种汽车电子应用需 求提供了灵活的低成本高性能解决方案；在数据中心领域，FPGA芯片能够使数据中心 的不同器件更加有效的协同，最大程度避免数据转换导致的算力空耗；在人工智能领域， FPGA芯片在矩阵运算、图像处理、机器学习、非对称加密、搜索排序等领域有着很广阔的应用前景。FPGA自身的硬件可编程性是目前任何器件都无法替代的，因为极具灵活性，所以号称“万能芯片”，灵活的加速特性使其可服务于云、网、边缘的各种应用之中。FPGA内部设计可简单理解为电路设计，无论是时序逻辑电路还是组合逻辑电路，都能在电路板上电的那一刻开始工作。打个比方，集成电路就像一幢高楼大厦，建成后就无法改变主体结构了；FPGA就像是建房子所需的材料，想要建什么样的房子都可以自由组合，建得不好还可以拆掉重建，同样一种芯片可以满足各个领域。此外，FPGA集成度高、并行计算能力强、延迟低，并在性能、功耗、成本之间有较好的平衡，既能用于芯片设计，又能在计算上独当一面。通用处理器虽说“什么都能算”，但在AI和ML快速发展的趋势下，可组合性的异构计算正成为主流。得益于FPGA的低时延、高性能、灵活性和极佳的总拥有成本（TCO），FPGA成为数据时代不可或缺的一名大将。作为一种数字芯片，FPGA时常拿来与CPU、GPU、ASIC对比。当然，其实各种芯片都各有所长，而FPGA正因其可编程性，而独占鳌头。FPGA的硬件技术指标包括LUT数量（难以统计，已改为System Logic Cells、Logic Elements或Density LUTs等不同名词指代）、DSP数量、RAM容量、User I/O数量、制造工艺、DSP工作频率、动态功耗、SerDes速率、DDR速率等。自从1985年 赛灵思发明FPGA以来，FPGA容量已经提高了一万倍以上， 速度提高了一百倍以上，价格和功耗缩小了一千倍以上。FPGA芯片技术正在向更先进工艺、更高速电路结构、复杂异构SoC系统发展。目前国际主流 FPGA芯片公司逐渐形成了在FPGA芯片中加入处理器的技术路线，并形成了可编程系统级芯片这一新产物。和传统FPGA芯片不同，现场可编程系统级芯片的 特点是单芯片高度集成了电子信息设备所需的 CPU、FPGA、存储接口、IO 外设接口甚至人工智能专用引擎等所有模块，单颗芯片可完成应用情景的所有功能需求。受先进制程迭代推动， FPGA架构不断更新。为了满足业界对超大容量与超高性能FPGA持续不断的需求， AMD（赛灵思）和英特尔都在不断增加FPGA芯片的逻辑规模和系统性能并追求最先进的芯片制程工艺。但受制于芯片的物理特性，芯片的面积越大其良率也就越低，因此一部分超大规模的FPGA芯片开始采用硅通孔技术将多个裸片堆叠以三维封装的方式实现。未来，为继续扩大FPGA芯片的逻辑规模，实现大容量、高性能、低功耗的目标， FPGA公司将主要从先进制程与先进封装两方面持续推进其研发路线。经过几十年的寡头垄断和行业整合，目前全球FPGA市场方面，AMD和英特尔占据70%~80%的市场份额，莱迪思（Lattice）、微芯科技（Microchip）瓜分低功耗或细分子市场份额。中国市场方面，AMD、英特尔、莱迪思三家企业合计市场份额也超过85%。AMD（赛灵思）和英特尔一直是宿敌，两家产品线最齐全，也拥有最高端的FPGA；反观莱迪思和微芯科技则是做巨头“看不起”的28nm制程中低端市场。当然，实际上28nm制程就能满足大部分需求，16/14/10/7nm虽然性能参数强，但成本和功耗并不划算。此外，软件工具链是产品立足的根本，脱离软件工具链的FPGA芯片，只能看不能用。EDA和IP是FPGA两个重要衡量标准。打个比方，FPGA比作电脑的芯片，EDA软件就相当于微软OS，IP方案则相当于应用软件。AMD和英特尔均拥有一体化平台，不仅整合了旗下产品，还对不同层次的开发者提供更多简单开发选择。莱迪思和微芯科技也正在尝试利用多种手段降低FPGA开发难度。国产FPGA，大器晚成
“造芯就是砸钱”，FPGA领域则砸得更狠。国内FPGA设计始于20世纪90年代，真正技术发展于2000年以后，起步比国外晚十多年。FPGA研发技术含量很高，无论从逻辑单元数量到制程工艺等国内外厂商均有差距。目前国内与FPGA相关研发企业数量超过28家，其中已在A股上市的企业包括复旦微电子、安路科技、航锦科技，成都华微电子上市“已问询”。此外，紫光同创、高云半导体、京微齐力、中科亿海微、智多晶、遨格芯微、易灵思的表现值得关注。具体来说，复旦微电在国内较早推出亿门级FPGA，新一代十亿门级产品正在研发中，并且有可编程片上系统的技术储备；紫光同创覆盖高、中、低端等多层次FPGA市场；安路科技在FPGA/集成CPU、FPGA、数据处理专用引擎等单芯片产品方面都有储备，量产供货产品已覆盖100K以内的逻辑单元规模，并且PHOENIX1 系列中逻辑单元为 400K 的新产品已成功流片；京微齐力基于22nm工艺制程的FPGA已成功量产；易灵思基于RISC-V软核的FPGA已商用，并在16nm、40nm有长期的产品规划。而纵观安路科技、紫光同创、复旦微电几家公司关键业务数据，由于研发费用占比一度超100%，导致有一段时期净利为负。不过，得益于政策倾斜和科研项目经费补贴，这种窘境一定程度上得以缓解。通过对比国际尖端产品，核心参数差距依然较大。不过，国内也非常注重软件生态的建设。比如说，智算平台是复旦微磨砺3年研发出来的一款针对CNN卷积神经网络的基于FPGA的深度卷积神经网络加速平台，具有高算力、低功耗的加速效果，提供高达1TGOPS的算力，灵活的支持VGG、YOLO、FaceNet等主流深度神经网络等优势。再比如，2022年5月，安路科技发布SF1系列FPSoC器件，SF1以单芯片实现了RISC-V和可编程逻辑的优势融合，获得广泛市场关注。又比如，Pango Design Suite EDA 套件是紫光同创基于多年FPGA开发软件技术攻关与工程实践经验而研发的一款拥有国产自主知识产权的大规模FPGA开发软件，可以支持千万门级FPGA器件的设计开发。总计起来，国产主要存在以下三个发展瓶颈：- 专业壁垒：美国几乎持有所有FPGA核心专利；
- 人才问题：EDA核心工具专业人才，特别是布局布线的算法高级人才几乎没有；
- 生态环境：当前基本都是AMD（Xilinx）、Intel（Altera）和Lattice的生态，后进者难以建立生态优势，IP资源圈、开发资源圈都得从头建设。
参考文献
[1] Intel：Intel Announces Intent to Operate PSG as Standalone Business.https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/news/intel-oct-2023-news.html
[2] 上海安路信息科技股份有限公司：2023年半年度报告：http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2023-08-26/1217654708.PDF
[3] 上海安路信息科技股份有限公司：首次公开发行股票并在科创板上市招股意向.http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2021-10-26/1211374785.PDF
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