eFPGA的崛起

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eFPGA（嵌入式FPGA）是指将一个或多个FPGA以IP的形式嵌入ASIC，ASSP或SoC等芯片中。换句话说，eFPGA是一种数字可重构结构，由可编程互连中的可编程逻辑组成，通常表现为矩形阵列，数据输入和输出位于边缘周围。eFPGA通常具有数百或数千个输入和输出，可连接到总线、数据路径、控制路径、GPIO、PHY或任何需要的器件。

eFPGA作为一种存在许久的设计理念，在近年逐渐重新获得人们的关注，这涉及到技术和市场环境的变化问题。其中包括摩尔定律失效，目前类似协议和封装的标准一直在快速变化。过去的应对方法是每隔几年就重新设计芯片，以满足市场需求，但这样的流程让成本也逐渐增加。另外，数据中心对芯片的可编程化需求日益提升。eFPGA的出现很好的解决了这些问题。



其次是更多MCU厂商求变。在以微控制器（MCU）为代表的低端市场，eFPGA已经成功吸引了大家的注意力。这是因为厂商都希望通过提高芯片出货量来增加利润，而使用FPGA可以为不同客户量身定做提供某一种MCU的多种版本从而提高出货量。

当然，诚如上文所言，也有机器学习、大数据等应用的快速发展的原因。在数据中心领域，FPGA是一个不能忽视的重要角色。尤其是现在数据的大爆发，对数据中心的需求激增，进而提高了对服务器降温和功耗的需求，eFPGA提供了一种高带宽、低延迟、低功耗和低成本的产品选择。



更为主要的是，eFPGA本身的优点，它们可以使用任意工艺尺寸制造，可以为任意应用调控尺寸大小。对于可编程逻辑而言，经济模式发生了变化。

FPGA 芯片往往有非常高的功耗、非常高的性能、前沿的工艺技术和非常高的成本。与传统FPGA相比，eFPGA的功率密度要低得多，或者ASIC与SoC上的其他IP，因此其动态功耗也相对较低。不仅如此，与FPGA相比，eFPGA不需要实现可编程的I/O部分，因为与eFPGA相互通信的ASIC IP在设计时就已固定。当去掉了可编程I/O部分之后，对于同等逻辑密度的FPGA而言，eFPGA的芯片面积会极大缩减。在嵌入式市场，很多客户对成本非常敏感。诸如此类，优势繁多。但要说的是，真正让eFPGA火起来走进大众视野的，还得提到一家公司--Achronix。



上文也提到，这么多年来，FPGA行业的主要市场份额常年被赛灵思和Altera（被英特尔收购）两家公司牢牢掌握。随着时间的积累，这两家公司逐渐构建起一道由上万件核心技术专利组成的“护城河”，而这条护城河也成功阻止了很多FPGA公司进一步发展的脚步。一些存活下来的公司，比如Lattice和Microsemi，往往只能靠剑走偏锋，专攻低功耗、航空航天等特殊的应用领域。

Achronix作为一家后来者，选择在人工智能、高速网络处理等领域和传统FPGA巨头硬刚，并取得了一定的成绩，是十分难能可贵的。Achronix成立于2004年，是一个专注于高性能FPGA产品的公司。该公司刚成立的时候是作为美国常春藤名校康奈尔大学的附属公司而存在的，而公司的产品也是来源于康奈尔大学的授权。



此前，Achronix一直销售高端FPGA，该公司决定在几年后提供嵌入式FPGA（eFPGA IP），为提供可行的解决方案做出必要的投资。该公司曾公开表示，与独立FPGA芯片相比，其eFPGA产品Speedcore eFPGA提供了更高的加速能力，可实现10倍的低延迟和10倍的高带宽。得益于此，其2017年的营收较2016年增长了700%，并在2018年IP收入超过5000万美元。充分说明了eFPGA具有巨大的发展空间。



总结
随着机器学习和人工智能的发展，市场对芯片算力的要求与日俱增，厂商在架构和工艺上提升性能的瓶颈逐渐出现，eFPGA技术势必将在市场上大放异彩。这些eFPGA厂商的兴起也为国产FPGA厂商提供了可借鉴的启示和经验。

首先，技术发展没有捷径，Achronix能够在2017年一炮而红也是因为长时间不断沉淀和创新。对于专利壁垒极高的FPGA产业来说，不论是芯片架构、关键IP、高速接口等芯片硬件设计，还是FPGA设计工具和生态系统建设，都不太可能通过一次次“弯道超车”实现。只有不断在正确的赛道上积累和加速，才能像Achronix那样，有朝一日在主流舞台和那些主要玩家们同场竞技。

其次是找好角度实现突破，在传统FPGA厂商转向CPU+FPG模式时，eFPGA成为了背后的突围者。对于我国的FPGA公司，也应该努力走出自己的传统业务领域，向不断蓬勃涌现的新兴FPGA应用领域发起冲击。不积跬步，无以至千里。在不断积累的同时，寻求突破与创新也许是国产厂商的制胜法则。

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