1 FPGA市場(chǎng)年增7.8%，高中低三分天下

據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司Scoop.market.us的數(shù)據(jù)，全球現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）市場(chǎng)有望在未來(lái)幾年以7.8%的復(fù)合年增長(zhǎng)率穩(wěn)步增長(zhǎng)。2022年，FPGA市場(chǎng)收入為65億美元，預(yù)計(jì)2023年將增至70億美元，2032年有望達(dá)到135億美元。2022年，小型FPGA總貢獻(xiàn)值是23億美元，中端FPGA貢獻(xiàn)18億美元，高端FPGA貢獻(xiàn)24億美元，可見(jiàn)，高中低市場(chǎng)基本三分天下。

不過(guò)，這個(gè)市場(chǎng)的玩家并不多，據(jù)EEPW記者觀察，AMD、英特爾長(zhǎng)期占據(jù)中高端市場(chǎng)，萊迪思(Lattice)半導(dǎo)體、Microchip等廠商靠低功耗等特色在量大面廣的低端市場(chǎng)徘徊。不過(guò)，萊迪思從2022年開(kāi)始已有新動(dòng)作，通過(guò)推出Avant?平臺(tái)及第一款產(chǎn)品Avant-E?，試圖進(jìn)軍中端市場(chǎng)。一年后的2023年12月，萊迪思更進(jìn)一步，向中端市場(chǎng)升級(jí)推出了兩個(gè)新系列：Avant-G?和Avant-X?。

表：FPGA按邏輯單元的分類(lèi)

萊迪思作為中端市場(chǎng)的后來(lái)者，新產(chǎn)品靠什么奪取地盤(pán)？近日，萊迪思舉辦了中國(guó)媒體的線上發(fā)布會(huì)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持總監(jiān)蒲小雙先生向EEPW等媒體記者做了介紹。

2 靠“小而美”成為出貨量之王

據(jù)萊迪思數(shù)據(jù)，全球?qū)PGA的需求不斷增長(zhǎng)，過(guò)去十年有50億片的出貨量，預(yù)計(jì)未來(lái)十年數(shù)量還會(huì)翻番。萊迪思是出貨量最大的FPGA廠商。

全球有5萬(wàn)多的FPGA開(kāi)發(fā)者，每年FPGA的設(shè)計(jì)數(shù)量10萬(wàn)以上。自2018年以來(lái)，萊迪思生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)大了5倍，現(xiàn)在為全球超過(guò)1萬(wàn)家的客戶提供服務(wù)。

萊迪思的FPGA涵蓋從網(wǎng)絡(luò)邊緣到云端，主要是三方面：網(wǎng)絡(luò)邊緣智能，傳感器到云端互聯(lián)，彈性的安全機(jī)制。 

3 不止于小規(guī)模，萊迪思向中端FPGA拓展

為了實(shí)現(xiàn)十年數(shù)量翻番的愿景，萊迪思需要向中端市場(chǎng)擴(kuò)展。公司主要在三方面打磨產(chǎn)品：提高芯片速度，提高敏捷性，延長(zhǎng)生命周期。

萊迪思2022年12宣布推出Avant中端平臺(tái)，1年后又發(fā)布中端FPGA系列產(chǎn)品——萊迪思Avant-G和萊迪思Avant-X，分別定位通用設(shè)計(jì)和高級(jí)互連，用于通信、計(jì)算、工業(yè)和汽車(chē)市場(chǎng)等中端應(yīng)用，提供低功耗、先進(jìn)的互連和優(yōu)化的計(jì)算能力。

眾所周知，萊迪思的一個(gè)重要基因是低功耗。對(duì)于Avant，是如何延續(xù)這種低功耗的？蒲小雙總監(jiān)告訴EEPW記者，與萊迪思流行的小規(guī)模平臺(tái)NEXUS一樣，中端產(chǎn)品Avant同樣是專(zhuān)為低功耗設(shè)計(jì)的可編程架構(gòu)，同時(shí)優(yōu)化了嵌入式存儲(chǔ)器和DSP，使功耗較低。另外到中端FPGA時(shí)，邏輯單元規(guī)模到了200K、300K、500K級(jí)別，還要依靠先進(jìn)的制程工藝來(lái)降低功耗，為此，Avant采用了臺(tái)積電16nm FinFET工藝。 

兩個(gè)新系列的主要特點(diǎn)如下。

Lattice Avant?-G FPGA系列

Avant-G通用FPGA旨在通過(guò)提供無(wú)縫、靈活的接口橋接和優(yōu)化的計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展性，滿足更廣泛的客戶需求。萊迪思Avant-G器件提供領(lǐng)先的信號(hào)處理和AI、靈活的I/O，支持一系列系統(tǒng)接口，同時(shí)提供2400 Mbps的專(zhuān)用LPDDR4存儲(chǔ)器接口。 

Lattice Avant?-X FPGA系列 

Avant-X高級(jí)互連FPGA旨在實(shí)現(xiàn)高帶寬和安全性，其功能集可根據(jù)客戶對(duì)信號(hào)聚合和高吞吐量的需求量身定制。萊迪思Avant-X器件提供最高1 T/s的總系統(tǒng)帶寬、帶硬核DMA的PCIe? Gen 4控制器，以及用于加密動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)的安全引擎，提供量子安全加密功能。 

為了使芯片簡(jiǎn)單易用，F(xiàn)PGA廠商往往在工具軟件和解決方案上的投入很大。這次，萊迪思還發(fā)布了面向人工智能（AI）、嵌入式視覺(jué)、安全和工廠自動(dòng)化的專(zhuān)用解決方案集合的最新版本，添加了新的特性和功能，幫助客戶加快產(chǎn)品上市。此外，萊迪思還發(fā)布了其軟件工具以及Glance by Mirametrix?計(jì)算機(jī)視覺(jué)軟件的更新版本。 

需要補(bǔ)充的一點(diǎn)是：FPGA盡管是通用可編程邏輯器件，但FPGA廠商往往選擇一些發(fā)展?jié)摿^大的市場(chǎng)推出解決方案。對(duì)于萊迪思公司，主要面向六類(lèi)市場(chǎng)應(yīng)用推出了解決方案。隨著此次Avant家族添丁的加持，進(jìn)一步夯實(shí)了這些解決方案。

· 實(shí)現(xiàn)AI應(yīng)用的Lattice sensAI?、

· 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)固件保護(hù)恢復(fù)機(jī)制的Lattice Sentry?、

· 實(shí)現(xiàn)嵌入式視覺(jué)的Lattice mVision?、

· 實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的Lattice Automate?、

· 推動(dòng)5G ORAN部署的Lattice ORAN?，

· 實(shí)現(xiàn)先進(jìn)自適應(yīng)汽車(chē)設(shè)計(jì)的Lattice Drive?。

4 與競(jìng)品的硬核對(duì)比

如前所述，萊迪思的FPGA涵蓋從網(wǎng)絡(luò)邊緣到云端，主要是三方面：網(wǎng)絡(luò)邊緣智能，傳感器到云端互聯(lián)，彈性的安全機(jī)制。此次萊迪思Avant劍指中端市場(chǎng)的競(jìng)品和MCU，列舉了幾個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用及指標(biāo)對(duì)比。

·網(wǎng)絡(luò)邊緣智能

工業(yè)控制中的實(shí)時(shí)響應(yīng)方面，在視頻互聯(lián)中，由于萊迪思的SERDES速度支持的協(xié)議更高以后，與其他FPGA相比，性能提升了2倍。

邊緣AI方面，需要低功耗、快速反應(yīng)的響應(yīng)。在AI推理上，相對(duì)MCU，萊迪思FPGA的性能提高了35倍。

低功耗存儲(chǔ)傳輸方面，由于萊迪思Avant-G/X的低功耗，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是熱設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單化。萊迪思也優(yōu)化了芯片的尺寸，使尺寸更小。由于低功耗的特性，也使產(chǎn)品電池壽命延長(zhǎng)。

 用AI的算法增強(qiáng)工業(yè)安全方面，例如在一個(gè)場(chǎng)景中，萊迪思有一套軟件可以識(shí)別已知被認(rèn)可的操作員，另外有個(gè)功能會(huì)識(shí)別人員在操作中是不是專(zhuān)注，如果顯示可能分心的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告。

· 傳感器到云端的互連

應(yīng)用眾多。例如現(xiàn)在的工業(yè)攝像頭種類(lèi)、接口都很多，速度也越來(lái)越高，所以需要一些靈活的傳感器橋接方案。還有一些SERDES標(biāo)準(zhǔn)的連接，例如PCIe SERDES的連接。萊迪思最新產(chǎn)品非常適合工業(yè)攝像頭的小尺寸要求。因?yàn)楣I(yè)產(chǎn)品的散熱條件并不是那么好，對(duì)產(chǎn)品本身的功耗要求也越來(lái)越高，而低功耗是萊迪思一直以來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

低功耗網(wǎng)絡(luò)連接方面，由于萊迪思25 Gbps的SERDES擁有良好特性，功耗相對(duì)競(jìng)品比較低，所以可以簡(jiǎn)化溫度的熱設(shè)計(jì)管理，從而相應(yīng)降低系統(tǒng)成本以及運(yùn)作成本，同時(shí)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

· 彈性的安全機(jī)制

在PFR（平臺(tái)固件保護(hù)恢復(fù)）和數(shù)據(jù)保護(hù)方面。一個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)，除了軟件本身保護(hù)以外，更重要的是最底層的保護(hù)，萊迪思在此持續(xù)做了很多創(chuàng)新，使得加密敏捷性、應(yīng)對(duì)后量子威脅、可信根等方面有較大的改進(jìn)。相比競(jìng)品，配置時(shí)間快了10倍。

最先上電、最后斷電的安全保護(hù)，特別是中端FPGA的上電速度相對(duì)較快，萊迪思的產(chǎn)品約在50毫秒以?xún)?nèi)，配置速度快了至少10倍（如下圖）。這樣也會(huì)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化終端用戶體驗(yàn)，提升安全和穩(wěn)定性。 

在同樣的規(guī)模下，萊迪思能夠提供更小的封裝。之所以能實(shí)現(xiàn)小尺寸也是因?yàn)楣妮^低，因?yàn)榉庋b的大小和產(chǎn)品散熱條件是相關(guān)的。萊迪思可以實(shí)現(xiàn)封裝尺寸縮小多達(dá)6倍，支持小尺寸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 

5 未來(lái)戰(zhàn)略

萊迪思專(zhuān)注在Nexus和Avant兩個(gè)平臺(tái)上的推廣。前者是小型FPGA，基于28納米的FD-SOI工藝，有很多新產(chǎn)品，比較有特色的是CrossLink-NX FPGA，增加了USB接口，是很獨(dú)特的芯片。

另外，萊迪思將專(zhuān)注在中端FPGA。除了已發(fā)布及此次新發(fā)布的Avant-E、Avant-G和Avant-X以外，公司還在規(guī)劃開(kāi)發(fā)第四、第五個(gè)芯片，以繼續(xù)增強(qiáng)中端市場(chǎng)的實(shí)力。

（注：本文登于EEPW 2024年1-2月期）