FPGA的边缘史-从AMD收购赛灵思说起

据华尔街日报(WSJ)周四晚间援引知情人士的话报道，超微半导体(AMD)正就收购芯片制造商赛灵思(Xilinx)进行深入谈判，该交易价值可能超过300亿美元，堪称芯片业的“世纪并购”。

赛灵思现在的市值差不多是260亿美元，由于受到其大客户华为被断供的原因，今年赛灵思其实涨的不多。

而AMD却已经鸟枪换炮了，第二季度收入增长了26％至19.3亿美元，而净收入跃升了四倍以上，现在的市值超过了1000亿美元。

在我7月份的文章《Intel遇阻7nm，会否放弃IDM业务？》（左文链接可跳转）中，我曾经这样评价过AMD，当时其市值大概在800亿左右：

那么赛灵思（Xilinx）是做什么的，AMD为什么要收购它呢？

赛灵思是FPGA的发明者，FPGA能够快速开发和成型，相较于其他标准类芯片，FPGA并不需要长达数年的开发周期。

FPGA（现场可编程门阵列）是可以快速动态重新配置的半导体器件。与其他类型的设备（例如CPU和GPU）相比，它们在各种工作负载中具有某些优势。 

自从赛灵思发明了FPGA，至今已经36年了，在这个期间，无数大公司想杀入这个领域，每过十年，就有一批公司退出或倒下（被收购），直到最后形成了FPGA的双巨头格局。

即Xilinx和Altera占据了绝大部分市场，剩下的残羹冷炙分给几家小公司，其中第三是当年紫光收购失败的Lattice。

2015年，英特尔以167亿美元的价格收购了Xilinx的主要竞争对手FPGA制造商Altera，并将该公司整合到其可编程解决方案集团（PSG）中。自此以后，Xilinx成为了FPGA公司的独苗。

在高端芯片中，最顶端的明珠无疑属于CPU、GPU、FPGA，自从Intel收购Altera，英伟达收购Mellanox、ARM，AMD收购Xilinx之后，高端芯片领域将迅速形成三足鼎立的格局。

Intel的CPU很强，但是在两年内拼不过有台积电7nm加持的AMD，其GPU明年也将发布。Intel有Altera的FPGA技术。

AMD目前则是CPU与GPU都还不错，CPU性能目前可以至少碾压Intel两年时间。GPU也有一席之地，胜在便宜量又足。如果收购Xilinx成功，将进占高端FPGA领域。

英伟达的GPU非常强，如果收购ARM成功，将在物联网领域得到CPU/MCU的核心技术，而他收购的Mellanox，在服务器和存储连接领域将拥有巨大的优势。英伟达目前没有FPGA，消化目前的收购是阶段重点。

那么AMD收购Xilinx的技术动机在哪里呢？

两家公司有着在深度学习项目上紧密合作的历史，例如在AMD EPYC处理器上的Xilinx深度学习解决方案。在数据中心服务器领域，紧密集成的CPU+FPGA解决方案早已经不是新鲜事物了。

我来介绍一下这两个东西的融合史。

CPU长于控制，而FPGA则擅长运算。因此，很早就有人想到了在FPGA开发里引入CPU来进行逻辑控制，以弥补FPGA的缺陷。

Altera最早提出了SOPC（System On a Programmable Chip，可编程片上系统）技术，这种技术使用FPGA的逻辑和资源搭建的一个软核CPU系统，后来Xilinx也进行了跟进。Altera主推的软核是Nios-II，而Xilinx主推的软核则是MicroBlaze。

由于它们是厂商自己开发的一套封闭开发环境，没有形成行业标准，用起来不是很方便，因此一直没有流行起来。

随着大数据、物联网、AI的发展对于算力的需求增大，Xilinx意识到不如让FPGA给CPU做外设，直接在FPGA集成ARM的Cortex-A系列处理器。FPGA专门用于计算，除此之外的所有事，都由强大的Cortex-A系列处理器来完成。

在2010年4月硅谷举行的嵌入式系统大会上，Xilinx发布了ZYNQ 7000系列FPGA，它由双核A9+Xilinx 7系列FPGA组成。请注意，这已不再是单纯的FPGA芯片，而是一个嵌入式FPGA开发板。

Zynq系列取得了巨大的成功，使之成为了主流算力加速解决方案。在ZYNQ推出后，很多大学研究小组用它完成了卷积神经网络在FPGA平台上的部署，实现了对卷积神经网络的硬件加速，对FPGA加速器的研究一度成为人工智能领域的热门方向。

这种CPU+FPGA模式也被Altera迅速跟进，它们也推出了双核A9+Altera FPGA的开发平台，比如DE1-SoC等。严格来说，Cortex-A9处理器不是单片机（即微控制器，MCU），而是微处理器（MPU），但是它们都是CPU。

接下来，ARM成为了关键先生，在2015年ARM终于决定开源自己的Cortex-M0核。随后，ARM又在2017年6月20日开源了Cortex-M3核，并在2018年10月22日开源了Cortex-A5核。DesignStart计划的不断推进，使得ARM在物联网领域也逐渐建立起优势。

Cortex-M0/M4核的开源，使得ARM从FPGA开发商手里接过了SOPC的接力棒，传统的FPGA开发时代也彻底终结了，新时代的FPGA开发主要可分为两种：一种是开发板上本来就有硬核CPU，提供CPU+FPGA的开发环境；另一种是开发板上没有硬核，但我们可以通过使用ARM开源出来的verilog文件，用FPGA的逻辑和资源搭建出一个软核CPU，也能构建起CPU+FPGA的开发环境。

我们可以看到，现在的FPGA已经被彻底边缘化了，在赛灵思的产品销售中，纯FPGA芯片的销售量逐渐缩小，而CPU+FPGA水涨船高。

考虑到在通信市场中比如华为基站对于纯高端FPGA的需求还很大，这块市场赛灵思还不会放弃，但是随着华为被限供，赛灵思内部已经将华为订单剔除出KPI，将战略重点放在新方向上。

其实不只是CPU，现在的异构趋势下，MCU（MPU）、DSP和FPGA都已经有融合的态势。

ARM的M4系列里多加了一个精简的DSP核，TI的达芬奇系列本身就是ARM+DSP结构，Altera和Xilinx新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之间的关系是越来越像三基色的三个圆了。

最近几年，AMD的数据中心处理器业务也在不断增长，与长期在该领域占据主导地位的英特尔展开越来越激烈的竞争，在服务器算力加速领域，双巨头都不约而同地采用了CPU+FPGA的核心架构，赛灵思的加入将使AMD在与英特尔的竞争中处于更有利的地位，并在快速增长的电信、国防市场中占据更大的份额。

另一个巨头英伟达唯有加强其云端GPU的优势，来和对手的CPU+FPGA架构比拼，而数据中心的另一个大玩家谷歌，则在默默修炼其TPU处理器（其并行处理架构“脉动阵列”与FPGA有相似之处），也不容小视。

总的来说，纯FPGA芯片走向边缘已经非常清晰，而FPGA技术本身不会消亡，必将会融合嵌入到新的异构环境中，与CPU、DSP通力合作，成为主流市场的必备兵器。

那么最后一个问题，对于中国的FPGA企业会有什么影响呢？

据我所知，虽然今年上半年受到疫情的影响，但是在国产替代的加持下，几家主要的民用FPGA公司出货量均已远超去年，且其中纯FPGA芯片的占比在减少，大头是集成了ARM和FPGA的高能效SoC。

对于股票市场的影响，我想大概率还是利好AMD、Xilinx，利空Intel，另外对于Lattice也有利好，毕竟他是唯一一家还可供收购的独立FPGA公司了。