FPGA的邊緣史-從AMD收購賽靈思説起_風聞

據華爾街日報(WSJ)週四晚間援引知情人士的話報道，超微半導體(AMD)正就收購芯片製造商賽靈思(Xilinx)進行深入談判，該交易價值可能超過300億美元，堪稱芯片業的**“世紀併購”**。

賽靈思現在的市值差不多是260億美元，由於受到其大客户華為被斷供的原因，今年賽靈思其實漲的不多。

而AMD卻已經鳥槍換炮了，第二季度收入增長了26％至19.3億美元，而淨收入躍升了四倍以上，現在的市值超過了1000億美元。

在我7月份的文章《Intel遇阻7nm，會否放棄IDM業務？》（左文鏈接可跳轉）中，我曾經這樣評價過AMD，當時其市值大概在800億左右：

那麼賽靈思（Xilinx）是做什麼的，AMD為什麼要收購它呢？

賽靈思是FPGA的發明者，FPGA能夠快速開發和成型，相較於其他標準類芯片，FPGA並不需要長達數年的開發週期。

FPGA（現場可編程門陣列）是可以快速動態重新配置的半導體器件。與其他類型的設備（例如CPU和GPU）相比，它們在各種工作負載中具有某些優勢。 

自從賽靈思發明了FPGA，至今已經36年了，在這個期間，無數大公司想殺入這個領域，每過十年，就有一批公司退出或倒下（被收購），直到最後形成了FPGA的雙巨頭格局。

即Xilinx和Altera佔據了絕大部分市場，剩下的殘羹冷炙分給幾家小公司，其中第三是當年紫光收購失敗的Lattice。

2015年，英特爾以167億美元的價格收購了Xilinx的主要競爭對手FPGA製造商Altera，並將該公司整合到其可編程解決方案集團（PSG）中。自此以後，Xilinx成為了FPGA公司的獨苗。

在高端芯片中，最頂端的明珠無疑屬於CPU、GPU、FPGA，自從Intel收購Altera，英偉達收購Mellanox、ARM，AMD收購Xilinx之後，高端芯片領域將迅速形成三足鼎立的格局。

Intel的CPU很強，但是在兩年內拼不過有台積電7nm加持的AMD，其GPU明年也將發佈。Intel有Altera的FPGA技術。

AMD目前則是CPU與GPU都還不錯，CPU性能目前可以至少碾壓Intel兩年時間。GPU也有一席之地，勝在便宜量又足。如果收購Xilinx成功，將進佔高端FPGA領域。

英偉達的GPU非常強，如果收購ARM成功，將在物聯網領域得到CPU/MCU的核心技術，而他收購的Mellanox，在服務器和存儲連接領域將擁有巨大的優勢。英偉達目前沒有FPGA，消化目前的收購是階段重點。

那麼AMD收購Xilinx的技術動機在哪裏呢？

兩家公司有着在深度學習項目上緊密合作的歷史，例如在AMD EPYC處理器上的Xilinx深度學習解決方案。在數據中心服務器領域，緊密集成的CPU+FPGA解決方案早已經不是新鮮事物了。

我來介紹一下這兩個東西的融合史。

CPU長於控制，而FPGA則擅長運算。因此，很早就有人想到了在FPGA開發裏引入CPU來進行邏輯控制，以彌補FPGA的缺陷。

Altera最早提出了SOPC（System On a Programmable Chip，可編程片上系統）技術，這種技術使用FPGA的邏輯和資源搭建的一個軟核CPU系統，後來Xilinx也進行了跟進。Altera主推的軟核是Nios-II，而Xilinx主推的軟核則是MicroBlaze。

由於它們是廠商自己開發的一套封閉開發環境，沒有形成行業標準，用起來不是很方便，因此一直沒有流行起來。

隨着大數據、物聯網、AI的發展對於算力的需求增大，Xilinx意識到不如讓FPGA給CPU做外設，直接在FPGA集成ARM的Cortex-A系列處理器。FPGA專門用於計算，除此之外的所有事，都由強大的Cortex-A系列處理器來完成。

在2010年4月硅谷舉行的嵌入式系統大會上，Xilinx發佈了ZYNQ 7000系列FPGA，它由雙核A9+Xilinx 7系列FPGA組成。請注意，這已不再是單純的FPGA芯片，而是一個嵌入式FPGA開發板。

Zynq系列取得了巨大的成功，使之成為了主流算力加速解決方案。在ZYNQ推出後，很多大學研究小組用它完成了卷積神經網絡在FPGA平台上的部署，實現了對卷積神經網絡的硬件加速，對FPGA加速器的研究一度成為人工智能領域的熱門方向。

這種CPU+FPGA模式也被Altera迅速跟進，它們也推出了雙核A9+Altera FPGA的開發平台，比如DE1-SoC等。嚴格來説，Cortex-A9處理器不是單片機（即微控制器，MCU），而是微處理器（MPU），但是它們都是CPU。

接下來，ARM成為了關鍵先生，在2015年ARM終於決定開源自己的Cortex-M0核。隨後，ARM又在2017年6月20日開源了Cortex-M3核，並在2018年10月22日開源了Cortex-A5核。DesignStart計劃的不斷推進，使得ARM在物聯網領域也逐漸建立起優勢。

Cortex-M0/M4核的開源，使得ARM從FPGA開發商手裏接過了SOPC的接力棒，傳統的FPGA開發時代也徹底終結了，新時代的FPGA開發主要可分為兩種：一種是開發板上本來就有硬核CPU，提供CPU+FPGA的開發環境；另一種是開發板上沒有硬核，但我們可以通過使用ARM開源出來的verilog文件，用FPGA的邏輯和資源搭建出一個軟核CPU，也能構建起CPU+FPGA的開發環境。

我們可以看到，現在的FPGA已經被徹底邊緣化了，在賽靈思的產品銷售中，純FPGA芯片的銷售量逐漸縮小，而CPU+FPGA水漲船高。

考慮到在通信市場中比如華為基站對於純高端FPGA的需求還很大，這塊市場賽靈思還不會放棄，但是隨着華為被限供，賽靈思內部已經將華為訂單剔除出KPI，將戰略重點放在新方向上。

其實不只是CPU，現在的異構趨勢下，MCU（MPU）、DSP和FPGA都已經有融合的態勢。

ARM的M4系列裏多加了一個精簡的DSP核，TI的達芬奇系列本身就是ARM+DSP結構，Altera和Xilinx新推出的FPGA都包含了ARM的核在裏面。所以三者之間的關係是越來越像三基色的三個圓了。

最近幾年，AMD的數據中心處理器業務也在不斷增長，與長期在該領域佔據主導地位的英特爾展開越來越激烈的競爭，在服務器算力加速領域，雙巨頭都不約而同地採用了CPU+FPGA的核心架構，賽靈思的加入將使AMD在與英特爾的競爭中處於更有利的地位，並在快速增長的電信、國防市場中佔據更大的份額。

另一個巨頭英偉達唯有加強其雲端GPU的優勢，來和對手的CPU+FPGA架構比拼，而數據中心的另一個大玩家谷歌，則在默默修煉其TPU處理器（其並行處理架構“脈動陣列”與FPGA有相似之處），也不容小視。

總的來説，純FPGA芯片走向邊緣已經非常清晰，而FPGA技術本身不會消亡，必將會融合嵌入到新的異構環境中，與CPU、DSP通力合作，成為主流市場的必備兵器。

那麼最後一個問題，對於中國的FPGA企業會有什麼影響呢？

據我所知，雖然今年上半年受到疫情的影響，但是在國產替代的加持下，幾家主要的民用FPGA公司出貨量均已遠超去年，且其中純FPGA芯片的佔比在減少，大頭是集成了ARM和FPGA的高能效SoC。

對於股票市場的影響，我想大概率還是利好AMD、Xilinx，利空Intel，另外對於Lattice也有利好，畢竟他是唯一一家還可供收購的獨立FPGA公司了。