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FPGA業者種樹 英特爾、Fabless乘涼
從FPGA的製程競賽看半導體市場變化

【作者: 姚嘉洋】   2013年09月30日 星期一

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在Altera宣佈進入採用英特爾的14奈米三閘極電晶體製程後,賽靈思(Xilinx)也不甘示弱,宣佈進入全新的產品線進入台積電(TSMC)20奈米的投片時程,並於今年第四季取得少量樣本,明年第一季正式進入量產時程。


然而,同樣也是採取台積電的20奈米製程,Altera旗下的Arria 10 FPGA,則是在2014年初提供樣本販售,單以台積電的20奈米製程的進度上來說,Altera落後Xilinx約有一季的時間。但相對的,Altera在14奈米三閘極電晶體(Tri-Gate)製程,向英特爾靠攏,將於今年提供測試晶片。就這方面的進度上,Xilinx恐怕也僅能依靠台積電的16奈米FinFET製程加以抗衡。


持平來看,截至目前為止,雙方在先進製程的佈局上互有領先,請參考(表一)。



圖一 : 資料來源:賽靈思、Altera  整理製表:姚嘉洋 2013/07
圖一 : 資料來源:賽靈思、Altera 整理製表:姚嘉洋 2013/07

Altera、Xilinx製程競賽 已是常見戲碼


Altera與Xilinx在先進製程上的競賽戲碼,其實已經不是新聞,早在進入45奈米時代後,只要其中一方公開發佈最新消息,另一方馬上就會採取反制動作。舉例來說,與處理器IP業者的合作上,Xilinx率先取得ARM的Cortex-A9雙核心處理器的授權,後來Altera也隨之跟進,甚至也與MIPS(美普思)合作,試圖擴大處理器IP授權範圍,以滿足更多的客戶需求。


更甚者,Altera甚至更進一步與ARM 在開發工具上有更深入的合作,希望能降低系統工程師在Soc FPGA系統的開發負擔。這一來一往之間,其實不難看出這兩間公司之間的競爭有多激烈。



圖二 : 當Xilinx引進Cortex-A9雙核心架構後,Altera也隨之跟進,雙方互別苗頭的意味相當濃厚。(圖:Xilinx)
圖二 : 當Xilinx引進Cortex-A9雙核心架構後,Altera也隨之跟進,雙方互別苗頭的意味相當濃厚。(圖:Xilinx)


如果仔細觀察這兩間公司這幾年來的產品策略,大體上都會事先發佈新一代的產品藍圖,在產品正式進入量產約前半年到九個月左右,都會提供開發軟體讓客戶進行使用(Xilinx提供Vivado;Altera則為Quartus II),再來就是提供樣品,最後就是產品進入大量量產。


客戶在事先對產品有一定的熟悉度後,自然就可以較快進入狀況。有趣的是,Altera在採用英特爾的製程後,卻是反其道而行,先是提供測試晶片,之後才是提供開發工具,這也不難猜測,Altera想在先進製程上一口氣超越Xilinx的意圖。


扮演急先鋒 Fabless業者樂見


問題在於,這兩家FPGA業者為了能領先對方,雙方在先進製程投入了大量心力,演變到後來,某種程度上也成了種「輸不得的壓力」。對於晶片業者而言,投入先進製程要花費大量的研發與學習成本,對高通或是博通這樣的無晶圓半導體業者(Fabless)來說,自然是不小的壓力,但也很幸運的是,FPGA業者通常都會扮演白老鼠的角色,率先使用新製程在自家產品上,所以也無怪乎,Xilinx對於28及20奈米製程的「首先量產」的這件事,相當自豪。


在新的製程節點的量產上,初期的良率絕對不是太高,但因為有了Xilinx或是Altera這樣的客戶,晶圓代工業者可以協同找出良率不佳的問題所在,進一步來解決問題來提升良率。這對高通或是博通這類的業者來說,畢竟聚焦的終端市場,大多來自於消費者的需求,市場規模也就相當驚人,良率的提升意味著更能有效攤提研發成本,進而提升產品利潤,自然就是好事一件。


簡言之,兩大FPGA業者在先進製程上的努力與競爭,說是扮演「急先鋒」的角色,其實並不為過。相對的,高通這些無晶圓半導體業者,在某種程度上,也搶到了「乘涼」的位置。



圖三 : 為了取得領先,而不斷向先進製程挑戰的FPGA業者,為其他的Fabless業者開了一條坦途。(圖:Xilinx)
圖三 : 為了取得領先,而不斷向先進製程挑戰的FPGA業者,為其他的Fabless業者開了一條坦途。(圖:Xilinx)

另一個乘涼者是英特爾?


再回到Xilinx與Altera的製程競賽上,Altera率先與英特爾合作,無疑是為英特爾搶佔晶圓代工市場的野心,注入了一劑強心針。姑且不論IDM(元件整合製造商)或是晶圓代工業者的差別,英特爾在製程上,至少也都領先晶圓代工業者們約一年左右的距離,也是業界普遍的共識。


如果領先距離沒有產生太大的變化,Altera在先進製程的量產競賽上極有可能反倒超前Xilinx,這對Altera固然是好事一件,對英特爾而言,雖然能有效擴大晶圓代工的市佔率,但對於前五大晶圓代工業者來說,充其量,英特爾最多僅是檯面下的威脅。


不過,英特爾若真能協助Altera在2014年實現在14奈米三閘極電晶體製程的量產,這對於其他無晶圓半導體業者,是否又是多了一個晶圓代工伙伴的選擇?這的確是一個相當有意思的議題。


雖然英特爾與三星相同,都是屬於IDM類型,但廣泛來看,許多針對大型基地台或是航太領域的半導體業者,在採用先進製程的態度也相當積極,巧的是,Altera在這類應用領域也花了不少時間耕耘,而英特爾對這種應用領域向來都是興趣缺缺,若英特爾張開雙手歡迎這類半導體客戶,在沒有直接或是間接競爭的考量下,相信從2014年開始,晶圓代工業者可能就要開始防範英特爾的強勢追擊。



圖四 : 投入大型基地台領域的半導體業者,在先進製程的投資也是毫不手軟,若Altera確定能用英特爾的製程量產後,英特爾在晶圓代工領域的後續動向值得關注。(圖: cumminspowerblog.com)
圖四 : 投入大型基地台領域的半導體業者,在先進製程的投資也是毫不手軟,若Altera確定能用英特爾的製程量產後,英特爾在晶圓代工領域的後續動向值得關注。(圖: cumminspowerblog.com)

種樹與乘涼


事實上,上演製程競賽的戲碼並非只有這兩家FPGA業者而已,身為無晶圓半導體的龍頭業者高通,也面臨了許多其他競爭對手在技術與市場層面的苦苦追趕。領先者為了保持領先優勢,後追者為了拉近與領先者的距離,在先進製程的投入上當然也是不容小覷。若觀察28奈米製程的發展狀況,率先進入量產的大多都是兩大FPGA業者,接下來就傳出了高通在新款處理器導入28奈米製程的消息。


而從Xilinx與Altera在20奈米元件的開發藍圖上,其實也不難看出2014年將是正式進入量產的時間點,這也表示,無晶圓半導體業者們也極有可能在2014年的下半年開始往20奈米移動。屆時,恐怕又要再上演一次:「你種你的樹,我乘我的涼」的戲碼。


兩大FPGA業者之間的製程競賽,雖然打得火熱,但最開心的,也許是汲汲營營於晶圓代工的英特爾與這些一線的無晶圓半導體業者吧?


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