FPGA 江湖，山雨欲來(lái)

前不久，英特爾通過(guò)官網(wǎng)宣布將負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)英特爾的 Agilex、Stratix 和其他 FPGA 產(chǎn)品的可編程解決方案部門(mén)（PSG）剝離，作為獨(dú)立業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)，目標(biāo)是在兩到三年后 IPO 中出售部分業(yè)務(wù)。

當(dāng)英特爾正式宣布分拆 FPGA 業(yè)務(wù)時(shí)，FPGA 江湖的風(fēng)又開(kāi)始飛揚(yáng)。

FPGA 江湖之爭(zhēng)

FPGA 起源

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）是可重構(gòu)的計(jì)算機(jī)芯片，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)任何數(shù)字硬件電路。FPGA 可以在制造后重新編程以模擬數(shù)字電路，非常適合在批量生產(chǎn)前制作新功能的原型，或者服務(wù)于對(duì)于定制芯片來(lái)說(shuō)不經(jīng)濟(jì)的罕見(jiàn)用例。

在集成電路的歷史上，能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)功能的器件并非只有 FPGA，但 FPGA 是目前為止商業(yè)上最成功的。

二十世紀(jì) 70 年代時(shí)，如果有人想要在某些實(shí)際硬件上制作原型并測(cè)試其邏輯功能，那么他們基本上只有兩種選擇。一種是 TTL 芯片，但是 TTL 芯片會(huì)受到電路板尺寸和功耗限制的限制。另一種是定制芯片（ASIC），但是定制芯片會(huì)產(chǎn)生大量的前期成本。因?yàn)樾枰Ц豆庋谀ＹM(fèi)用，然后等待數(shù)月的制造時(shí)間。如果在設(shè)計(jì)中犯了一個(gè)錯(cuò)誤，那么就無(wú)法準(zhǔn)確地編輯 JS 文件并重新編譯。

1980 年，Altera 成立了。Altera 率先推出了復(fù)雜可編程邏輯器件，可以采用一堆較小的 PAL，并使用交叉連接將它們連接起來(lái)，以提高可擴(kuò)展性。Altera 的復(fù)雜可編程邏輯器件向前邁出了一步。

之后，賽靈思創(chuàng)立了并且發(fā)布了第一款 FPGA，Xilinx XC2064。XC2064 是一款大型芯片，約有 85,000 個(gè)晶體管，排列成 64 個(gè)可配置邏輯塊和 58 個(gè)輸入/輸出塊。雖然從今天來(lái)看不足為奇，但第一款 FPGA 還是在市場(chǎng)上站穩(wěn)了腳跟。

之后，隨著晶體管成本大幅度下降以及獨(dú)立代工工廠的出現(xiàn)，F(xiàn)PGA 踩中了技術(shù)和商業(yè)的交叉點(diǎn)，開(kāi)始蓬勃發(fā)展。

Altera 和賽靈思的壟斷時(shí)代

賽靈思和 Altera 不斷推出新產(chǎn)品，提高邏輯密度和性能，并積極與客戶合作開(kāi)發(fā)定制解決方案，不斷占據(jù)市場(chǎng)份額。使得全球 FPGA 市場(chǎng)一度形成雙寡頭壟斷格局，這兩家企業(yè)占據(jù)了近 90% 的市場(chǎng)（賽靈思以 56% 的占有率排第一、Altera 以 31% 的占有率排第二）。

賽靈思和 Altera 兩家引領(lǐng)者修筑專利壁壘，手握近 10000+核心專利，強(qiáng)大的專利壁壘使得 FPGA 的進(jìn)入門(mén)檻很高。

近 40 年來(lái)，先后有超過(guò) 60 家以上的公司從事過(guò) FPGA 技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)，其中包括英特爾、IBM、AMD、TI、GE、AT&T、摩托羅拉、朗訊、三星、東芝、飛利浦等實(shí)力雄厚的大公司，但絕大多數(shù)在耗費(fèi)了上億美元后功虧一簣。

圍繞數(shù)據(jù)中心，F(xiàn)PGA 龍頭的「被收購(gòu)」時(shí)代

不過(guò)，自研不成靠「收購(gòu)」。接下來(lái)的時(shí)間里，F(xiàn)PGA 兩大巨頭相繼被英特爾和 AMD 收購(gòu)。

遙想 2015 年時(shí)，x86 還在數(shù)據(jù)中心計(jì)算占據(jù)絕對(duì)壟斷地位，現(xiàn)金充裕的英特爾斥資 176 億美元收購(gòu)了 FPGA 制造商 Altera。在 Altera 的基礎(chǔ)上，英特爾成立了可編程事業(yè)部。在接下來(lái)的多年中，英特爾建立了令人矚目的 FPGA 業(yè)務(wù)。

英特爾收購(gòu) Altera 的一個(gè)重要原因就是，希望通過(guò)增加數(shù)據(jù)中心高利潤(rùn)芯片產(chǎn)品，彌補(bǔ)個(gè)人電腦（PC）領(lǐng)域需求放緩帶來(lái)的影響。在收購(gòu)的三年后，英特爾宣布旗下 FPGA 已經(jīng)被正式用于主流數(shù)據(jù)中心 OEM 廠商中。

FPGA 的江湖仍在變換，隨著 2022 年 AMD 正式官宣對(duì)賽靈思的收購(gòu)，宣布了「一個(gè)時(shí)代的結(jié)束。」

在收購(gòu)時(shí)，AMD 總裁兼首席執(zhí)行官蘇姿豐表示，通過(guò)收購(gòu)賽靈思，AMD 能進(jìn)一步擴(kuò)展一些關(guān)鍵市場(chǎng)，如數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，以及 5G 通信、汽車、工業(yè)、航空航天和國(guó)防市場(chǎng)。AMD 同樣希望依靠賽靈思的 FPGA 補(bǔ)足數(shù)據(jù)中心的能力。

至此，英特爾收購(gòu) FPGA 排名第二的 Altera，AMD 收購(gòu)排名第一的賽靈思，F(xiàn)PGA 的新江湖開(kāi)始了。

FPGA 不死

這么來(lái)看無(wú)論是英特爾還是 AMD，都早早將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)。

目前，數(shù)據(jù)中心有兩個(gè)主要趨勢(shì)：第一，數(shù)據(jù)流量的增加；第二，計(jì)算密集型應(yīng)用程序的增加。這其中主要的挑戰(zhàn)就是，數(shù)據(jù)中心不僅必須能夠處理增加的數(shù)據(jù)和更嚴(yán)格的計(jì)算，而且需要使用更低的功耗和更高的性能。

數(shù)據(jù)中心一直是 FPGA 被寄予厚望的市場(chǎng)。FPGA 的可重構(gòu)性和并行處理能力可以無(wú)縫集成到現(xiàn)有的 HPC 基礎(chǔ)設(shè)施中，補(bǔ)充傳統(tǒng)的基于 CPU 的集群和基于 GPU 的系統(tǒng)。通過(guò)將特定任務(wù)卸載到 FPGA，HPC 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的性能、更低的功耗并提高效率。

在數(shù)據(jù)中心，F(xiàn)PGA 相比 GPU 的核心優(yōu)勢(shì)在于延遲。微軟亞洲研究院的李博杰曾舉例，像必應(yīng)搜索排序這樣的任務(wù)，如果使用 GPU 來(lái)加速，要想充分利用 GPU 的計(jì)算能力，batchsize 就不能太小，延遲將高達(dá)毫秒量級(jí)。使用 FPGA 來(lái)加速的話，只需要微秒級(jí)的 PCIe 延遲。

因此，很多企業(yè)都在部署 FPGA。目前，阿里云、騰訊云、百度云等國(guó)內(nèi)云服務(wù)公司都已經(jīng)在硬件加速方面選用 FPGA。比如，我們看到騰訊于 2017 年就曾推出國(guó)內(nèi)首款高性能異構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施 FPGA 云服務(wù)器，這款采用異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的云服務(wù)器相較于傳統(tǒng) CPU 服務(wù)器，性能提升在 30 倍以上。目前，在騰訊云的硬件基礎(chǔ)設(shè)施里，F(xiàn)PGA 已經(jīng)在計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)三大重要節(jié)點(diǎn)充當(dāng)加速器角色。

依據(jù)賽靈思在被收購(gòu)之前發(fā)布的 2022 財(cái)年 Q3 財(cái)報(bào)顯示，數(shù)據(jù)中心分部對(duì)于公司的收入占比為 11%，其份額每個(gè)季度都在穩(wěn)健增加，年增速則為 81%。

英特爾拆分 FPGA，F(xiàn)PGA 風(fēng)雨欲來(lái)

回到英特爾拆分 FPGA 這件事上，負(fù)責(zé)英特爾 FPGA 的部門(mén)就是可編程解決方案部門(mén)（PSG）。

受到個(gè)人電腦市場(chǎng)衰退影響，英特爾最近的營(yíng)收表現(xiàn)略顯疲軟。2023 財(cái)年一季度創(chuàng)下今 13 年最低季度收入，且連續(xù)虧損的情況，但是這個(gè)部門(mén)的營(yíng)收表現(xiàn)一直不錯(cuò)。

雖然在 2022 年第一季度，英特爾停止將 PSG 作為獨(dú)立的財(cái)務(wù)部門(mén)。依據(jù)此前披露的數(shù)據(jù)來(lái)看，這個(gè)部門(mén)平均每個(gè)季度的收入非常穩(wěn)定，在 5 億美元左右，甚至在截止公布前的最后幾個(gè)季度還還創(chuàng)下了 7 億美元的記錄。

2022 年英特爾 FPGA 的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 90 億美元，根據(jù)目前的出貨量，2023 年更是可以達(dá)到 100 億美元。

目前，已經(jīng)發(fā)布的的 Agilex 系列中，已經(jīng)面世的只有 50k 邏輯門(mén)以上的 Agilex 5、Agilex 7 和 Agilex 9，其中 Agilex 9 是為 Direct RF 高速應(yīng)用打造的，結(jié)合了英特爾最先進(jìn)的 AIB 和 EMIB 制造技術(shù)，今年推出 Agilex 3 FPGA 系列。

因此，英特爾之所以剝離 PSG，并不是因?yàn)樵摌I(yè)務(wù)部門(mén)表現(xiàn)不佳或處于商品化、低利潤(rùn)的市場(chǎng)，而是認(rèn)為如果沒(méi)有英特爾龐大的業(yè)務(wù)和壓力，PSG 的表現(xiàn)可能會(huì)更好。

英特爾認(rèn)為 PSG 一直未能滿足 FPGA 真正高增長(zhǎng)、高盈利的市場(chǎng)需求，例如工業(yè)、汽車、國(guó)防和航空航天。根據(jù)英特爾提供的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA 全球市場(chǎng)未來(lái)五年的年復(fù)合增幅或在 9% 以上，由 2023 年的 80 億美元擴(kuò)大至 2027 年的 115 億美元。

香農(nóng)?波林（Shannon Poulin）是為 PSG 首席運(yùn)營(yíng)官 (COO)。在一年前，香農(nóng)?波林與外媒記者交流時(shí)承認(rèn) PSG 在 FPGA 產(chǎn)品方面存在問(wèn)題，并且未能跟上滿足供應(yīng)商需求的步伐。香農(nóng)?波林表示，英特爾既沒(méi)有可用的產(chǎn)品，也沒(méi)有針對(duì)現(xiàn)代制造工藝的低端市場(chǎng)的 FPGA 產(chǎn)品組合。

除了剝離 PSG，英特爾還計(jì)劃 2-3 年內(nèi)進(jìn)行 IPO。這個(gè)舉措有一點(diǎn) Mobileye 的影子，也就是英特爾保持多數(shù)股權(quán)，同時(shí)仍然釋放該業(yè)務(wù)部門(mén)以更獨(dú)立地運(yùn)營(yíng)。這樣一來(lái)，PSG 就可以自由地調(diào)整公司的產(chǎn)品組合和定位，以便最好地服務(wù)于更廣泛的 FPGA 市場(chǎng)，而不僅僅是英特爾以數(shù)據(jù)中心為中心服務(wù)。

此外，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，英特爾可以將成功首次公開(kāi)募股的利潤(rùn)收入囊中，同時(shí)減少一個(gè)需要管理的業(yè)務(wù)部門(mén)，從而使英特爾能夠?qū)①Y金和時(shí)間投入到自己更優(yōu)先的企業(yè)（例如晶圓廠）中。

自從兩年前任命現(xiàn)任首席執(zhí)行官帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 以來(lái)，英特爾已經(jīng)出售或剝離了多個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)，包括 SSD 業(yè)務(wù)、NUC 迷你 PC 業(yè)務(wù)、Mobileye ADAS 部門(mén)等。通過(guò)關(guān)閉活著出售非核心業(yè)務(wù)，繼續(xù)將戰(zhàn)略中心聚焦于 IDM 2.0。

FPGA 的生意，接下來(lái)怎么做？

將 FPGA 從英特爾核心業(yè)務(wù)中剝離出來(lái)，引發(fā)了人們對(duì) AMD 斥資 490 億美元收購(gòu)賽靈思的質(zhì)疑。擁有緊湊產(chǎn)品組合的英特爾和擁有全面芯片產(chǎn)品組合的 AMD，正走向相反的方向。

不過(guò)，關(guān)注 AI 已經(jīng)是兩家企業(yè)的共識(shí)。目前，英特爾、AMD、NVIDIA 三巨頭都有各自豐富的 AI 軟硬件解決方案，CPU、GPU 可以做，但又各自不同。

英特爾 CPU 歷史悠久，一直占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位；英偉達(dá) GPU 優(yōu)勢(shì)很大，但 CPU 受到限制，走 Arm 架構(gòu)。AMD 綜合性能最強(qiáng)，產(chǎn)品涉及 CPU、GPU、FPGA 和自適應(yīng) SoC 產(chǎn)品。

FPGA 已經(jīng)存在多年，隨著人工智能的崛起，對(duì)于需要頻繁變化底層模型的人工智能推理需求，F(xiàn)PGA 是一個(gè)合適的選擇。那么現(xiàn)在的問(wèn)題就是，對(duì)于 FPGA 來(lái)說(shuō)到底是拆分獨(dú)立，還是合并發(fā)展更能適應(yīng)時(shí)代的潮流。

正如分析師陸行之的問(wèn)題：「我很想知道 AMD 首席執(zhí)行官蘇姿豐以后如何處理賽靈思，是靈活性重要，還是集成芯片設(shè)計(jì)重要?」