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全球FPGA的市場定位分析

  • 工商時報 產業分析 智璞產業趨勢研究所
FPGA技術複雜進入門檻非常高,英特爾透過併購得以掌控FPGA市場。圖/美聯社
FPGA技術複雜進入門檻非常高,英特爾透過併購得以掌控FPGA市場。圖/美聯社

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美商英特爾計劃在明年元旦獨立旗下可程式化解決方案事業群(PSG),同時尋求上市或投資人出資。這項事業是英特爾在2015年收購現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)大廠Altera公司後所成立,外界也認為是執行長基辛格推動英特爾創造更多價值行動的一環。

何謂現場可程式化邏輯閘陣列FPGA呢?在這之前需要先聊一下什麼是特定應用積體電路(ASIC)。簡單來說ASIC就是該晶片在出廠前就先設定好它的應用範圍,如早期的GPU圖形處理器,就是一組專門用來繪圖的晶片。與ASIC相反,FPGA就是一塊塊採用可重新配置、重新設定的邏輯閘,透過積體電路的布圖規劃,確保運算資源可彈性地重複使用。另外,FPGA還可以與ASIC做銜接,讓公司更快地推出新產品,商業潛力比許多MCU/MPU強很多,因此近幾年來FPGA成為全球商業電子公司主力的開發手段。

根據市場研究機構Mordor Intelligence發布的最新報告指出,2023年全球FPGA市場規模為87.6億美元,隨著5G、AI、自駕車等新科技不斷推出帶動龐大需求,預估2028年將成長至130.7億美元。前三大區域市場中以亞洲的規模最大,預估2025年市場占比為44%,其次是北美的32%與歐洲的17%,可發現市場依然持續成長。

我們回到產品定位的討論,FPGA往往會被質疑無法力拚ASIC,有觀點認為因為軟硬體開發成本高(晶片面積較大是其中一個原因),且需求量通常不大,因此市場難以成長甚至萎縮。我們將FPGA的優點歸納整理與探討:

1.程式化/靈活性高:可透過程式設計對其邏輯單元進行任意配置以具備特定功能,使得FPGA適用於各種應用領域;換句話說軟體工程師可依據程式語言讓FPGA因應需求進行定制化開發,當需求改變時不用更換硬體即可透過程式更新功能以適用新應用。

2.平行性:FPGA具有大量的程式化邏輯單元(Gate 數量大),可同時執行多種操作以進行高度平行處理,使其很適合用於數據計算、數位信號處理等相關應用。

3.低延遲:由於FPGA的邏輯配置是透過硬體完成,相較於利用軟體運作的演算法可提供更低的延遲和更高的響應速度。使其在高效能運算領域具有優勢。

4.低功耗:FPGA可以透過程式定制邏輯電路以直接執行指令,省去讀取、編譯等程序故功耗較低。

基於上述優點回答FPGA與ASIC的競爭關係,倘若該終端市場規模不大或還未到達規模經濟時,開一顆FPGA的整體成本相對ASIC來說更有競爭力;若遇到終端市場的協議或規格尚未一統且量少價高汰換時間長,此時FPGA能透過編譯的方式降低成本;另一種情況是終端客戶對晶片使用情況會改變,像是資料中心當中部分晶片會有存取或運算的晶片需求(尖峰時段支援運算、離峰時段支援存儲),然而建置兩組晶片不符合經濟效益,此時的FPGA就符合該需求。因此如下表所述之應用領域,可發現FPGA是不易被取代的。

根據市場研究機構Data Intelo預估2027年FPGA的應用之市場規模占比由高至低依序為汽車的29%、通訊的24%、工業的19%、消費性電子的15%、資料中心的13%。近幾年由於AI、自駕車及雲端運算等新興科技蓬勃發展帶動高效能運算晶片需求,在CPU、GPU、FPGA、ASIC等四種主要使用的處理器中,僅FPGA具備可更新硬體架構的高彈性、低能耗與延遲的平行運算能力,因而促使英特爾、超微先後併購兩大FPGA廠商Altera、Xilinx,以強化於前述新興科技的市場競爭力。由於FPGA技術複雜使其產業進入門檻非常高,如英特爾、IBM、德儀、摩托羅拉、東芝、三星等許多晶片大廠曾嘗試切入該領域都以失敗告終,所以預期現有的兩大與兩小之市場寡占架構將難以被撼動,透過併購讓英特爾與超微得以長期掌控FPGA市場,以快速擴大PC以外的高成長市場業務。

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