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根据Frost&Sullivan的预测，全球FPGA需求将从2021年的68.6亿美元增长到2025年的125.8亿美元，年均复合增长率约达到16.4%。但从行业结构的角度上来看，经过近40年的发展，FPGA全球市场竞争格局已经趋于稳定。根据Gartner发布的数据显示，2021年AMD（Xilinx）、Intel（Altera）、Lattice和Microchip的市占率分别达51%、29%、7%和6%，加总后占据全球93%的FPGA市场。
然而，随着Altera 和Xilinx先后被Intel 和AMD收购，这两家巨头开始往更高端的FPGA市场发展，从而配合母公司的数据中心战略。今年9月，AMD宣布Xilinx 7系列产品的生命周期将延长至2035年，要知道有的Xilinx 7系列产品已经在市场上耕耘了10年之久，这意味着在中端FPGA领域，AMD的战略是维持旧有市场，而非增加投入。这对于原本在低端市场发展的FPGA厂商来说是不可多得的机遇。
近日，Lattice就推出了全新的Lattice Avant™ FPGA平台，目标是将其擅长的低功耗架构、小尺寸和高性能优势拓展到中端FPGA领域。业内人士认为，Lattice或成为中端FPGA市场的填空和开拓者。
什么是中端FPGA？
通常来讲，我们把100k及以下逻辑单元的FPGA称为低端FPGA，100k~500k逻辑单元的FPGA称为中端FPGA，500k以上逻辑单元的FPGA称为高端FPGA。
对于FPGA来说，逻辑单元的排列设计和Fab工艺是要密切配合起来的，因此高、中、低端的FPGA采用的制程工艺也会有所不同，所以根据FPGA芯片的具体制程工艺，也能大致区分出它到底属于高、中、低哪个层级。
我们以Lattice的产品为例，可以看到上一代Nexus系列采用的是28nm FD-SOI工艺，整个系列也属于低端FPGA行列，更具低功耗优势；而近期推出的Avant系列采用的则是台积电16nm FinFET工艺，整个系列就属于中端FPGA行列。
当然，有的小伙伴可能要问，为什么低端FPGA就不能用更先进的制程工艺，这难道是“市场歧视”？事实上并非如此，比如说100k逻辑单元的FPGA就不适合用16nm FinFET工艺，因为它的逻辑单元的Fabric面积不大，如果采用16nm可以做得很小，但外面的I/O没办法随着工艺从28nm缩减到16nm，如此一来很多的die size会被浪费掉。
当然，从低端FPGA迭代到中端FPGA，性能、功耗的改进肯定不止工艺方面的改进，更多地还和架构有关。莱迪思半导体上海有限公司亚太区总裁徐宏来透露：“考虑到功耗和计算性能的平衡，Avant系列并没有简单地跟随竞争对手的架构，而是在fabric的架构上做了一些创新，利用了优化的LUT4架构。”
市场上主流的三款中端FPGA产品对比
目前，之前市场上主流的中端FPGA产品主要有Intel的Arria V GZ（450k逻辑单元）和AMD的Kintex-7（478k逻辑单元）。现在可以加上Lattice的Avant系列了，因为对比这两款产品，基于Avant 平台的第一款产品Avant-E系列芯片功耗低了2.5倍，性能提高了2倍，封装体积减小了6倍。
图 | Lattice Avant与Arria V GZ、Kintex-7在功耗、性能和尺寸方面的对比
与此同时，在互连方面，Avant-E系列芯片还拥有高达25 Gbps的可配置SERDES、支持硬核PCIe® Gen 4、高性能I/O和高速存储器接口支持，包括LPDDR4和DDR5。在软件支持方面，Lattice还提供了易于使用的设计工具、参考设计和SDK、各类IP，以及针对特定应用的解决方案集合，可以帮助客户实现更高效的设计开发和更快的上市速度。
中端FPGA市场的重要机会
与之前Nexus系列相比，Avant芯片容量提高了5倍，带宽提高了10倍，性能提升了30倍，更符合通信、计算、工业、汽车等领域的当下需求，从而解决客户在网络边缘面临的一些关键挑战。Lattice方面预测，Avant系列推出将给Lattice带来30亿美元的增量收入，收入来源包括美国的存量市场和中国的增量市场等。
图 | Lattice认为Avant系列将带来30亿美元的增量收入
对于当下的市场情况，莱迪思半导体上海有限公司副总裁/中国区销售总经理王诚表示：“通讯行业的聚焦性更强，主要聚焦在无线类、光类、核心网类这三个领域，通信行业要求越来越聚焦，但协议发展目前没有大的变化，目前更多的只是扩容和升级，因此5G之后很多成功方案都是大的通信厂商的ASIC芯片，在成熟的通信领域FPGA的市场份额在下降。”
“和通讯行业不同的是，看似分散的工业领域反而会给FPGA带来更多的机会。因为工业应用虽然细分不同，但在FPGA的层面来看大的应用又有一定的统一性，比如不管是机器视觉还是安防都是视觉接口，不管AI用到工业领域还是用到驾驶领域，很多都是算法，需要大量的DSP、协处理器、实时处理器、存储器等，不管是边缘的edge，还是边缘的通讯，它都需要一个灵活的低功耗的应用，在FPGA层面看来都是比较一致的需求。而且我们认为目前大的接口也有越来越一致的方向，我们看到视频接口以前是各种各样的，比如说有HDMI、eDP、SDI等，而现在大家看到未来的视频接口将越来越统一，就像手机上各种各样的充电线最终都被TYPE-C所取代。”
王诚认为，过去伴随着通讯、3C行业和数据中心的快速发展，FPGA市场的迭代速度是比较快的，但这几年随着FPGA在抽象层面的聚焦，叠加上先进工艺的投入产出比，迭代速度反而不像以前那么快了，因此FPGA靠技术迭代和产品迭代得到产品竞争优势的时代可能在逐渐淡去，未来FPGA的营收或市场的方向应该是贴近市场化。
关于贴近市场化这个观点，最典型的是中国市场。Lattice表示其当下FPGA在中国的市场定位可以分为两类，一类是针对中国客户灵活的市场细分，即通过深入的封测配合和Chiplet等手段完成客户功能的叠加，同时解决客户在产品尺寸和成本上的痛点，帮助其加快市场反应速度；另一类是在设计配合方面投入更多的精力和资金，这个要求相对来说高一点，但目前也在逐步地开展。
写在最后
关于Avant平台的下一步产品计划，徐宏来表示：“和Nexus平台一样，Lattice基于Avant平台制定了明确的产品路线图，Avant-E系列后面可能会推出两个型号，一个是在规模上做一些缩减，例如500k的缩减到200k，来匹配客户的需求；另一个是会针对一些特殊的应用，满足在I/O的性能、功耗方面的要求，尤其是为工业或者是汽车的客户做一些改变。”
关于生态链的发展，徐宏来透露，Lattice希望在国内有更多的IP合作伙伴来共同开发，不仅是应用层面的IP，也包括FPGA本身构件的一些IP。
