英特尔相中的FPGA技术,将成为物联网/大数据时代最大BOSS?
程包括逻辑实现、布线处理和流片等多个步骤,而FPGA无需布线、掩模和定制流片等,芯片开发大大简化。传统的ASIC和SoC设计周期平均是14个月到24个月,用FPGA进行开发时间可以平均降低55%。全球FPGA第一大厂商Xilinx认为,更快比更便宜重要,产品晚上市六个月5年内将少33%的利润,每晚四周等于损失14%的市场份额。
并行计算效率高。FPGA属于并行计算,一次可执行多个指令的算法,而传统的ASIC、DSP甚至CPU都是串行计算,一次只能处理一个指令集,如果ASIC和CPU需要提速,更多的方法是增加频率,所以ASIC、CPU的主频一般较高。FPGA虽然普遍主频较低,但对部分特殊的任务,大量相对低速并行的单元比起少量高效单元而言效率更高。另外,从某种角度上说,FPGA内部其实并没有所谓的"计算",最终结果几乎是类似于ASIC"电路直给",因此执行效率就大幅提高。
2.3、FPGA限制因素:成本、功耗和编程设计
去年9月,我们曾与国内一线IC设计师对FPGA的未来发展进入深入交流。总结来下,如果未来FPGA价格到低一定程度,将替代大多数的ASIC芯片。但是,目前制约FPGA发展的三大因素主要有:成本、功耗和编程设计。
成本。如果ASIC流片量大,实现同样逻辑的FPGA成本将是ASIC的10倍以上。按照上面的初步测算,以5万片流片为零界点,低于5万片的小批量多批次的专用控制设别(如雷达、航天飞机、汽车电子、路由器,这些高价值、批量相对较小、多通道计算的专用设备)采用FPGA更加经济划算。
功耗。FPGA中的芯片的面积比ASIC更大,这是因为FPGA厂商并不知道下游的具体需求应用,故在芯片中装入规模巨大的门电路(其实很多没有使用到),行业深度报告:FPGA-大数据和物联网时代大有可为国防、汽车等,这些领域对低功耗要求不高。
编程设计。FPGA的发展中,软件将占据60%的重要程度。例如Xilinx公司60%~70%的研发人员从事软件工作。除了考虑芯片架构,编程设计时还要考虑应用场景多样性、复杂性和效率。FPGA编程需要采用的专用工具进行HDL编译,再烧录至FPGA中,其技术门槛非常高。
三、FPGA-毛利率高、增速快、进口替代空间大
3.1、半导体领域最高毛利率和最高增速
FPGA厂商在半导体领域享有最高的毛利率。2010年根据半导体公司调查,FPGA厂商的平均毛利率为66%,毛利率中位数在69%。2014年Altera营业收入19.3亿美元,净利润4.73亿美元,毛利率水平66%,净利率水平24.5%,好于我们所熟知的半导体IC巨头Intel(2014年毛利率59.3%,净利率20.9%)。
FPGA毛利率高的原因:EDA(电子设计自动化)工具厂商MentorGraphics公司CEOWaldenC.Rhines分析认为,FPGA厂商的差异化做得好,下游客户转换成本非常高。具体来看,体现在产品的差异化、基础架构和生态环境等方面。
产品差异化方面,FPGA厂商有高效的架构,具有法律约束(专利组合和版权),在每个工艺节点率先产品上市。基础架构方面,不同供应商提供自己特殊的IP组合,用户会对某些设计架构产生熟悉性和依赖性。生态环境方面,FPGA厂商都有专门的第三方IP开发者,独立的应用支持和培训教育体系。
除了毛利率,近5年年FPGA在半导体器件中享有最高的增速。2009-2014年,根据ICInsight测算,FPGA的年复合增长率高达15.6%,远高于半导体行业9.6%的增速。
3.2、市场容量从50亿美元向400亿美元渗透
FPGA的市场容量在50亿美元左右。不过,目前FPGA大有替代ASIC和和ASSP等传统芯片的趋势。"只要能在FPGA上设计的,就用FPGA进行设计""。赛灵思的一位客户如是说,而这句话也给予了FPGA厂商们最大的信心。在Xilinx最新公布的28nm蓝图显示,在无线/有限通讯、工业/医疗、航空/国防、汽车甚至消费电子中,FPGA都有着取代ASIC的基础。因此,Xilinx公司亚太区市场营销总监郑馨南郑馨南雄心勃勃地预言:"FPGA应用将不断加快,从面向50亿美元的市场扩展到面向410亿美元的市场。"其中,ASIC和和ASSP市场各150亿美元,嵌入式处理和高性能能DSP市场各30亿美元。
3.3、半导体领域摩尔定律的坚定执行者
FPGA是发展30年来一直是摩尔定律的坚定执行者。1985年,Xilinx推出第一款FPGA产品-XC2064,采用2μm工艺;2015年,Xilinx推出了采用最新16nm工艺的FPGA产品。最近,台积电和赛灵思就宣布了开始7nm工艺技术的合作,并将于2017年推出7nm工艺的产品这是在实现16nm工艺后,FPGA继续延续新工艺。
FPGA的商业模式是众多的客户来分担芯片研发(NRE)费用,而ASIC是需要厂商自己承担。制程20nm以下,NRE费用高的惊人,稍有不慎,好几百万美元就打
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