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FPGA從幕前走向幕後
AMD併購Xilinx之後

【作者: 籃貫銘】   2020年11月12日 星期四

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10月27日,AMD終於正式對外宣布,已獲得雙方董事會同意,將以370億美元的價格,收購賽靈思(Xilinx),並預計於2021年完成交易,讓這宗傳聞已久的合併案,正式塵埃落定。現在只要主管機關同意,這個現任的FPGA市場龍頭老大暨發明者,就要下台一鞠躬,轉任高性能運算應用市場的輔佐角色?


FPGA(Field Programmable Gate Array)是一種可編程的邏輯晶片,首次問市是在1984年,由賽靈思所推出,但當時還不是叫做FPGA,直到另一家晶片商Actel也推出類似的產品,並取名為FPGA之後,這個名稱才開始廣泛的流傳?隨後也有數家晶片商,開始供應相同功能的晶片,包含Altera和Actel等?


而與FPGA相對的,就是不可編程的晶片方案,這也是市場的主流形式,就是所謂的ASIC(Application Specific Integrated Circuit),「特定應用整合積體電路」?這種晶片設計形式基本上就是依據特定需求和目標所開發的晶片,像是蘋果Bionic處理器就是一種?且市面上多數的晶片一開始都是以AISC形式來開發的,只是後來發展為量產化?


FPGA從幕前走向幕後 成為輔助運算的角色

雖然FPGA和ASIC外觀看起來長一樣,但裡頭的構造其實非常不同?以高通的Snapdragon為例,它裡頭就整合裡許多的特殊功能和專用的設計,除了有CPU和DSP之外,還包含了無線晶片和GPU,最新的架構甚至是整合了AI的加速引擎?


至於FPGA,它多半就是DSP、記憶體和很多的可編程的邏輯區塊(PLB),允許客戶自行去編程所需的功能?所以FPGA在應用上就比較適合用於產品原型的開發,以及特定的低量產型的產品?然而,隨著高性能運算與人工智慧應用的興起,FPGA可編程的特性,就是十分適合用於訂製的加速引擎的角色,因此獲得了新的市場目光。



圖一 : FPGA與ASIC的差異示意?(CTIMES製圖)
圖一 : FPGA與ASIC的差異示意?(CTIMES製圖)

然而,AMD收購了Xilinx之後,其實也意味著FPGA將要進入新的時代,就是會從幕前走向幕後,變成輔助運算的角色?因為市場上可能再也沒有獨立的FPGA供應商了?之前的老二Altera,已經被英特爾收購,現在AMD又買下了Xilinx,更印證了這個趨勢?未來FPGA將是作為主要運算架構的支援系統,或者用於針對特定應用的加速器?


至於AMD將會怎麼合併Xilinx?或許可以參考英特爾收購Altera的情況,因為這兩家公司的商業模式和目標市場幾乎完全相同,唯一的差別就是雙方的供應鏈和生態系統。


參考英特爾併購模式 主攻HPC與資料中心

英特爾是在2015年以167億美元收購了Altera,然後隔年就成立了可編程事業部,慢慢的收編FPGA技術至旗下的產品線裡?


從技術互補的角度來看,或者也可稱之為綜效,英特爾本身是在CPU和高速傳輸技術方面十分領先,同時它也有自己的晶廠廠,因此具備晶圓製造的能力,特別是先進3D封裝和SoC技術方面?而FPGA的加入,就給了他們可編程的技術,用以輔助和拓展主要運算系統的性能?


而兩者相加的主要目標市場,不外乎就是高性能運算(HPC)、資料中心和5G高速傳輸等相關應用?再者,由於人工智慧應用的興起,深度學習的技術也會越來越廣泛的被使用,而FPGA可編程的特性,剛好可以滿足各種不同資料型態的運算和分析的需求,因此對於AI的應用也會帶來相當的助益?



圖二 : 英特爾合併FPGA的綜效示意?(CTIMES製圖)
圖二 : 英特爾合併FPGA的綜效示意?(CTIMES製圖)

具體的技術,就是透過FPGA的架構,來提供更高的運算頻寬,用以執行特定的運算需求,而它的形式就是一種可編程的加速引擎,再搭配高速I/O,來創造?而英特爾也透過自身在晶片製造上的能力,提供了低功耗和3D的晶片製程技術,持續改善過往FPGA體積較大和功耗高的問題?


然而,對英特爾來說,最主要的,還是補足了旗下的產品組合,讓它有更多的武器可以進攻正快速成長的高性能運算與資料中心市場?


不過由於英特爾收購了Altera之後,並未在資料中心和HPC市場上有更多的斬獲,甚至還遭到AMD等業者的蠶食,因此市場普遍認為英特爾收購Altera的成果不是那麼成功?但如果從它的PSG部門的營收來看,其實PSG仍維持的相對穩定的成長,要說它失敗,可能仍言之過早?


皆為無晶圓廠 將深度仰賴台積代工

再看看AMD和Xilinx,這兩家公司的本質其實與英特爾和Altera差不多,僅有一些差異?而最主要的不同,就是這兩家公司現在都是無晶圓的業者,因此在設計與製造上都會重度的仰賴代工廠;再者,就是收購經驗的差異?相對於英特爾長期以來已發動過不少的收購案,因此在整合產品上的經驗較為豐富,AMD則是較少採取併購的行動,要花多少時間進行整合就是值得關注的焦點?



圖三 : 更高階的封裝技術,意味著晶圓代工廠的角色更吃重?圖為英特爾的技術方案?(CTIMES製圖)
圖三 : 更高階的封裝技術,意味著晶圓代工廠的角色更吃重?圖為英特爾的技術方案?(CTIMES製圖)

當然,AMD和Xilinx的合併,最明顯的一個發展方向,就是會擴展在HPC、AI和5G解決方案的技術能力,並將與英特爾和Nvidia展開更白熱化的對抗?


而AMD和Xilinx兩家公司還有另一個亮點,就是兩位執行長的背景,這可能會有助於兩者的整合過程?首先Victor Peng待過AMD,對CPU與GPU技術非常熟悉;而蘇姿丰是晶片研發起家,對於半導體技術也瞭若指掌?因此,在合併與產品的開發上,可能可以有更快的節奏?


另外,這兩人都出身台灣,Victor Peng出生台北,蘇姿丰來自台南,這個背景可能會讓他們在文化上更加靠近,當然也有助於後續的進展?


結語

AMD與Xilinx若能順利合併,將更彰顯HPC、AI和5G在未來應用裡的重要性,而雙方的整合將會給AMD更有力的產品策略,去取得更佳的戰略位置?


然而因為雙方都是無晶圓廠,設計與生產都必須要製造商緊密的合作,因此勢必要深度的與晶圓代工廠合作?所以無論是新產品的研發,或者是產能的取得,都會跟台積(TSMC)有更密切的配合?


在此同時,英特爾也正在規劃外包部分的晶圓製造業務,以減少自身營運的負擔?所以,這宗併購案對市場真正的影響,就是確認了高性能運算時代的全面來臨,同時FPGA也會被納入此體系之中?


另一方面,由於晶圓製造的成本與難度的持續提升,晶圓代工廠的重要性也更被彰顯出來,作為晶圓製造大國的台灣,無疑是這些併購案裡最大的受益者?


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