半导体ROI挑战加剧，FPGA能否“扭转乾坤？”

“开发成本居高不下，半导体经济面临越来越大的ROI（投资回报率）挑战，高级ASIC/ASSP开发很难获得ROI，而FPGA的技术优势每一代都在继续扩大。”这是Altera公司全球产品营销资深总监Patrick Dorsey在今年Altera技术大会北京站的开场白。 FPGA技术优势随着工艺节点的演进在不断扩大？ 对于高级ASIC/ASSP开发而言，目前面临着两难的抉择：停留在老节点上，竞争力下降，难以赢得设计；发展到高级节点，却会带来更高的ROI，特别是在28nm之后，ROI的挑战会进一步加剧。

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面临先进工艺延伸所带来的挑战，FPGA有哪些优势？Partrick介绍说，首先在工艺节点上FPGA一直处于领先地位——目前主流的ASIC设计是65nm，而Altera的FPGA已经开始向10nm演进，工艺上的优势弥补了以往FPGA在成本、功耗和性能上与ASIC的差距。而另一方面，FPGA产品在设计理念上的进化和创新，也为FPGA带来更强的竞争力，其中最重要的就是SoC FPGA产品的出现。

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Altera在SoC FPGA中集成了处理器、DSP以及其他的硬件单元，使其兼具通用处理器的灵活性和ASIC/ASSP的高效率，从而能够适应更多应用开发的需要。Partrick表示，这也是Altera不断向新市场领域渗透的信心所在。

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迄今为止，Altera引以为傲的第十代最新的FPGA和SoC产品，包括采用台积电55nm工艺的低成本非易失FPGA MAX 10，采用台积电20nm工艺的中端器件Arria 10，以及采用Intel 14nm工艺的高端器件Stratix 10。 其中，Stratix 10作为Altera史上最先进的产品系列，采用了全新的HyperFlex架构，该架构在所有的布线段上增加了超级寄存器，减少了关键通路，使得速度的提升达到2倍以上。 其次，工艺上的提升是Stratix 10的另一个特别之处。除了在前道工艺上采用了Intel最先进的14nm三栅极工艺以外，Stratix 10还在封装上采用了异构3D SiP工艺。该工艺基于Intel的嵌入式多管芯互联桥接（EMIB）技术，在一个封装中，可以通过EMIB与更多的互联块（Connectivity Tiles）连接，让器件具有灵活性，能够不断扩展功能，快速适应市场的需要。此外，Stratix 10集成了安全管理器（SDM），具备了物理不可克隆功能，支持用户开发可定制的多层安全解决方案。通过诸多的创新，Stratix 10实现了内核性能提升2倍，主频达到1GHz，功耗降低70%，同时在安全性上也有更突出的表现。 直观上来讲，Stratix 10能带来哪些性能上的提升？Partrick举例说，在数据中心应用中，以往需要5片Stratix V FPGA实现的性能，现在由1片Stratix 10就可以实现，而且功耗方面可以从120W降低到44W，优势非常明显。 FPGA如何满足工业市场的需求与挑战？ 全球工业市场近年来持续增长，根据市场研究显示，半导体公司在该市场的成长幅度约为7%，而Altera平均成长幅度为10%，高出行业平均水平。 Altera公司亚太区工业、医疗和测试业务部首席经理兼市场开发经理 Elmer Chiang表示，全球工业市场成长的动力来自三大因素：首先是效能利用率，这要求在节能减排、降低成本方面继续努力；其次增长的重点来自生产制造中生产力的提升，这包括产品的可靠度、稳定度，产线的运作时间和生命周期；第三就是工业物联网，在工业领域现在更强调M2M，即机器对机器的物联网。 在该领域，FPGA面临的挑战主要来自四方面，首先用户最关注的是产品的生命周期是不是能够长达15年甚至20年以上；其次，用户在新的项目中，不希望改变原有的硬件设计，希望通过可编程的设计提升产品效能；第三，方案的整体成本要降低；第四，客户希望不断缩短开发周期，加快产品面世速度。 面对上述需求，Altera首先要求自身器件的可靠性；其次，注重开发平台的易用性，同时能够满足软件工程师和算法工程师不同的需求；第三，提供真正接近市场需要的参考设计。 Elmer Chiang以自动化系统为例，谈到了Altera所看到的一些发展趋势。他表示，自动化系统的核心部分首先是PLC，PLC模块集成的越多，功能越强，系统也就越高端；其次，PLC与HMI相互配合，现在很多PLC开始集成HMI，HMI也内含PLC，这是一个明确的市场趋势；第三，要支持很多工业以太网协议，从而实现无缝的互联；第四，要在云端把信息进行加密，实现功能安全。 Altera已经可以提供符合上述要求的单芯片解决方案，并与意大利的第三方公司合作开发出面向工业4.0的PLC设计。由于人工成本提升，工厂大量使用机器人是未来的趋势，因此机器人也是未来智能工厂中最关键的技术。 Altera基于Cyclone V SoC单芯片就可以实现四轴控制，它兼容各项主要联网协议，同时具备高安全功能。目前，Altera还在针对工业自动化的发展趋势，持续提供更加全面、完整的参考设计。

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第2页：披露与Intel未来的几种可能ZyGednc

《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 披露与Intel未来的几种可能 今年6月1日，Intel收购Altera的消息正式公布。一位是IT领域的巨头，一位是FPGA行业的翘楚，业界对于二者联姻之后的发展也是充满了无限的猜想。此行，Patrick对诸多焦点话题都一一进行了回应。 ◆焦点一：Altera还会继续找台积电代工吗？ Patrick表示，Altera和台积电之间的关系非常密切且牢固，它为Altera生产的各系列产品一直在市场中持续供货，Altera现在的业绩99%甚至100%都与台积电相关。Intel收购Altera之后，一方面还会继续Altera现有的业务模式，另一方面，也会与Altera共同创新，加强双方的合作。以目前Altera的第十代产品为例，既有选择台积电工艺的，也有选择Intel工艺的，不同的产品能够满足不同的市场需求。尽管Intel有自己的晶圆厂，但是未来，Altera仍会继续与包括台积电在内的其他晶圆厂进行接触，做出满足市场要求的最佳选择。 ◆焦点二：与Intel在技术层面怎么结合？

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Patrick以Stratix 10系列的3D SiP集成技术为例解释说，与一般的中介层方法相比，通过使用Intel的专用嵌入式多管芯互联桥接(EMIB，Embedded Multi-die Interconnect Bridge)技术，进一步提高了性能，降低了复杂度和成本，增强了信号完整性。太多具体的细节目前还不便公开，但是通过上面这张图也能够窥探未来可能的发展方向。 ◆焦点三：Intel还会支持Altera选用ARM内核吗？ 除了Intel的工艺技术，Stratix 10的成功同样离不开ARM Cortex-A53处理器的支持。自2013年Altera首次发售28nm SoC器件开始，就采用了双核ARM Cortex-A9处理器，这款高端的Stratix 10中更是采用了先进的四核Cortex-A53。 这是Altera发展史上值得玩味的一代产品，集成ARM内核，结合了Intel的工艺。ARM进入高端通信、数据中心的意图路人皆知。未来，Altera的产品中同时结合Intel和ARM技术还会被Intel允许吗？对此，Patrick的态度非常肯定，他表示Intel会继续支持Altera发展ARM处理器以及未来的FPGA架构。当初决定要在产品中集成ARM内核对Altera来说是非常重大的战略决定，因为一旦决定这样的做法，就意味着要将DSP、FPGA以及ARM内核等进行整合。这要求所有的开发工具是一致的，成为使用C语言的软件开发环境，让软件人员轻松地进行编程。 ◆焦点四：再谈与Xilinx的竞争。 Altera与Xilinx的竞争，一直都是业界津津乐道的话题，而随着Altera被Intel收购，话题又有了新的探讨方向。 首先，Xilinx于今年9月份公布其市场份额，据Xilinx的数据显示，低端市场从40%涨到51%，中端更是从1%迅猛增至54%。而从两个最新节点的产品来看，其中，28nm产品已占据全球62%以上的份额，20nm产品则超过了70%。 正是这份数据引起了Altera很大的倾诉欲。Patrick表示，从历史上看，Xilinx其实是中端市场的后来者，而Altera当时已经在中端市场占据先机。就20nm节点的技术而言，Xilinx推出的是中端产品，而Altera推出的是高端产品。Patrick还补充，2014年，Altera的市场份额扩大了2%左右，收入增长了12%，高于整个半导体行业的平均增速。通过这组数据，他再次重申了对于Altera的信心。他强调，Altera的创新目前主要集中于优化中端和高端产品，中端产品主要与台积电合作，高端主要与Intel合作，未来，Altera与Xilinx的竞争仍会持续下去，相信双方针对不同的市场会有不同的优化方式。 第二，Altera与Xilinx在SoC设计中都不约而同的加入了ARM内核，双方的差异或者设计理念有什么不同？Patrick表示，Altera希望SoC无所不在，通过ARM内核实现通用的处理模块来满足用户的一般需求。此外，在SoC的开发工具方面，Altera采用了ARM的开发工具，包括debugger、编译工具等，将ARM开发工具与Altera自己的硬件工具进行了很好的结合，当用户确定某个debug的时候，可以直接从处理器一直追踪到架构，追踪到FPGA，从而找到问题来源。通过将硬件和软件工具很好的结合，从而方便开发者使用。他强调，Altera是业界第一个把OpenCL开放计算语言带入FPGA领域的，让ARM内核和FPGA能够在单一芯片上实现很好的协作。 第三，与Xilinx在数据中心各自为政吗？ Intel收购Altera，也成为IBM与Xilinx在数据中心展开深度合作的催化剂，双方日前更是联合多家核心成员成立第二代分布式计算联盟，意图通过开放的资源力量直逼Intel在数据中心的霸主地位。对此，Altera怎么看？ Patrick表示，Intel在该领域95%的市场份额还是使他们充满能量，二者合并以后这样的市场地位进一步得到了增强。他透露，到2016年，1/3的云服务器当中都要有FPGA，Altera的优势是已经有95%的市场基础便于他们进行扩展。数据中心是一个增长很快的领域，如果FPGA能在这个市场获得成就，就会更加激励创新，反过来又会继续加强FPGA在市场中的地位。从这方面来看，二者的竞争对整个FPGA市场都是有好处的。目前Altera最主要决的就是如何将FPGA与Intel的CPU更好的结合起来，快速扩大竞争优势。