20/14nm战火点燃 FPGA先进制程竞技开打

FPGA厂商新一轮先进奈米制程攻防战开打。Altera、赛灵思及Achronix的2x奈米制程将相继于2013年投产，其中，Altera更于近期宣布再朝14奈米制程推进；对此，赛灵思已计划透过3D IC技术和更先进制程应战，将使FPGA供应商先进制程大战更趋白热化。

图1 赛灵思总裁暨执行长Moshe N. Gavrielov表示，该公司的20奈米产品阵容将可迎合市场对于FPGA更高的性价比与整合度的要求。
现场可编程闸阵列(FPGA)厂商正全速布局下世代制程。为进一步提升效能并降低功耗，赛灵思(Xilinx)、Altera及Achronix已积极展开22奈米(nm)、20奈米，甚至14奈米制程布局(表1)。其中，Altera已宣布，在14奈米制程节点时，将借助英特尔(Intel)三闸极(Tri-gate)电晶体技术开发更高性能FPGA。赛灵思总裁暨执行长Moshe N. Gavrielov(图1)也于法说会上不甘示弱地表示，该公司除加紧部署更先进奈米制程外，更持续藉由28奈米制程提高三维晶片(3D IC)产品竞争力，迎战竞争对手的先进制程新攻势。  

随着下一代通讯、网路、广播(Broadcast)和运算应用设计人员在扩展频宽、提高性能及降低功率消耗方面，面临着越来越大的需求，Altera、赛灵思及Achronix无不加快20奈米、22奈米制程量产，实现更多的先进功能与更强大的混合系统架构，藉此开发出更高频宽、性能和更低耗电量的FPGA、3D IC及系统单晶片(SoC)FPGA，期取代更多传统特定应用积体电路(ASIC)与特定应用标准产品(ASSP)，成为新一代嵌入式系统市场关键元件主流。  

强化产品力　FPGA厂加速2x奈米制程竞赛

继28奈米制程之后，Altera、赛灵思将于2013年启动20奈米制程量产，藉此增强旗下FPGA产品的竞争力。  

赛灵思可编程平台事业群资深副总裁Victor Peng指出，该公司20奈米产品系列，包括新一代的8系列All Programmable FPGA、第二代3D IC及SoC FPGA产品，甚至可提供超越ASIC和ASSP元件的关键性优势。  

至于Altera亦将借重20奈米制程增强矽晶片融合技术能力，藉此开发出更高效率、更弹性的FPGA混合系统架构，以实现更低功耗及更高整合度、性能和频宽的SoC FPGA。  

不同于Altera与赛灵思，FPGA市场后起之秀Achronix则是选择导入22奈米制程开发Speedster22i系列产品，其首个成员Speedster22i HD1000已于今年2月投产并正式出货。值得一提的是，该公司22奈米制程系采用英特尔独家的三闸极电晶体技术，较传统的平面电晶体技术性能更高、耗电量更低。  

Achronix总裁暨执行长Robert Blake指出，Speedster22i系列主要针对高性能有线通讯、测试和高性能运算(HPC)等各种高频宽和低延迟的应用，加上内建针对通讯应用的硬核矽智财(IP)，不仅简化高频宽应用的设计，并提高性能，更显著降低解决方案的功耗和成本。  

借助英特尔经验证的矽智财、垂直整合的晶圆代工服务(包括晶圆加工、元件封装、测试和量产元件质量保障)，Achronix将与Altera和赛灵思在高阶嵌入式系统市场互别苗头，并让新一轮2x奈米制程竞赛战火快速升温。  

值此20奈米制程大战方兴未艾之际，Altera日前更宣布将率先业界采用英特尔的14奈米三闸极电晶体技术，制造下一代军事、固网通讯、云端网路，以及电脑和储存应用解决方案，为产业界投下一枚震撼弹。  

借力英特尔三闸极制程　Altera前进14nm制程  

图2 Altera国际市场部总监李俭指出，透过更先进奈米制程将可进一步降低FPGA功耗和成本，并提高性能，更能迎合新一代嵌入式系统的规格要求。
Altera国际市场部总监李俭(图2)表示，Altera与英特尔签署的协议为独家合作计划，意即Altera将会是唯一一家有权利采用英特尔14奈米三闸极电晶体技术的可编程逻辑元件(PLD)公司。众所周知，英特尔在14奈米制程的演进速度，较其他晶圆代工厂商快2?4年；为即时回应市场变化，提供超高性能、低功耗产品，Altera与英特尔将于今年起展开合作，以设计出性能及功耗皆符合理想的FPGA，预计最晚2016或2017年即可大量生产成品。  

据了解，英特尔已于22奈米制程使用第一代三闸极电晶体技术，目前已有一亿颗以上、约25%的中央处理器(CPU)出货量为该制程产能所提供，而14奈米制程使用的第二代三闸极电晶体技术，亦已具相当的成熟度，英特尔已明确指出，2014年将量产采用该制程的CPU。  

李俭指出，采用英特尔的三闸极电晶体技术，Altera可设计出漏电流小而功耗低、导电流大而低功耗、高效能的FPGA，最重要的是，该技术可助力Altera制作3D高系统整合度的产品。  

事实上，业界普遍认为场效电晶体(Field Effect Transistor, FET)进展至20奈米制程，其性能、功耗与成本的优化幅度已达到瓶颈，若要再进一步突破，则必须采用14奈米三闸极电晶体技术。  

举例而言，若Altera采用14奈米三闸极电晶体技术制作使用于400G光纤网路(Optical Transport Network)的FPGA，可减少晶片与晶片间的连结，提高性能之余，成本不一定较28奈米制程的FPGA高。此外，中国大陆广泛布建的长程演进计划(LTE)网路，亦需要同时适用于分时多工(TD)-LTE及分频双工(FDD)-LTE的FPGA，而三闸极电晶体技术则有助Altera在有限空间中让FPGA支援多重标准，抢下中国大陆电信市场。  

李俭强调，Altera与台积电未来始终保持良好的晶圆代工合作关系，因此，未来台积电将以20奈米制程的产能供Altera制造Arria及Stratix等中高端系列产品，而英特尔则负责代工超高端的应用产品。  

李俭透露，Altera采用英特尔的14奈米三闸极电晶体技术后，将会大幅重整产品线结构，未来将加入针对于性能及功耗皆有高度要求的军事、电信、无线、云端储存的产品线，并于2014年确立产品布局策略。  

Altera宣布将借重英特尔14奈米三闸极电晶体制程生产更先进的FPGA方案后，不仅加剧FPGA业者在先进制程的战况，也引发外界对赛灵思在先进制程世代的竞争力疑虑；对此，赛灵思已于日前法说会上表态，将凭藉其于3D IC领域的技术优势，继续站稳先进制程市场地位。

 挟3D IC竞争优势　赛灵思力守FPGA江山

Gavrielov表示，赛灵思研发团队已大量投资于20奈米制程，且已加快其他先进制程的发展脚步。Gavrielov以28奈米制程的低耗电高介电常数金属闸极(High-k Metal Gate)制程为例，当初赛灵思投资该制程时带给投资人不少压力，不过在与台积电通力合作下，已产出最高性能、最高频宽、最低功耗的产品，且今年度开始，赛灵思将会有50%以上的营收来自于28奈米制程。他强调，赛灵思将持续复制28奈米制程于SoC FPGA的成功经验于3D产品线上。 

针对先进制程最新进度，Peng解释，赛灵思的研发重点不仅针对PLD技术，更重要的是精进3D技术，目前赛灵思已是独家可以矽穿孔(Through Silicon Via, TSV)技术、微凸块(Micro Bump)以及矽中介层(Silicon Interposer)制作出3D异质整合(Heterogeneous Integration)及同质(Homogeneous)整合产品的公司。 

Peng强调，赛灵思一直以来采用多晶圆代工厂的策略，所以对于先进制程的发展非常清楚，未来赛灵思将挟在3D领域的优势，掌握先进制程所带来的契机并解决技术挑战，延续28奈米制程的领导地位。 

Gavrielov表示，FPGA产业具高混合度、出货量极少、时间表紧凑、多样特殊需求的特色，因此在采用每个制程前，赛灵思会对价格、技术及制程是否符合客户、市场需求等三项指标进行评估，并挑选出最适合的晶圆代工厂，再采用最好的研发团队制作优异的产品组合。未来，投资人同样可看到赛灵思利用20奈米制程及其他先进制程创造出好的成绩，就如同该公司在28奈米制程的成果一样。

分散先进制程研发风险　FPGA厂启动多代工策略

面对晶圆代工厂先进奈米制程量产时程不一，FPGA供应商为抢先发展更先进奈米制程，今后采取多家晶圆代工的生产策略将更趋显著，此由Altera的14奈米晶圆代工策略大转弯已可见一斑。 

Altera采用英特尔的14奈米三闸极电晶体技术开发FPGA，不仅开启新的奈米制程战局；此举也意味着Altera将如赛灵思、莱迪思(Lattice)等FPGA供应商，开始采用多家晶圆代工的生产策略，以即时提供符合客户各种性能、耗电量需求的产品。 

李俭表示，今后台积电将为该公司55奈米与20奈米制程的主要晶圆代工厂，分别负责低阶和中高阶产品线生产；英特尔的14奈米制程将专注于高阶产品制造，并持续透过产品的推陈出新与更强大的混合系统架构，以提高Altera在有线和无线通讯、工业、汽车电子、高速运算及储存等领域的市占。 

尽管Altera在14奈米制程大力拥抱英特尔，不过Altera总裁暨执行长暨董事长John Daane指出，台积电仍然是该公司未来产品开发最重要的合作夥伴，双方将继续密切合作，并携手开发下一代产品技术。 

而台积电则已展开10奈米以下高阶制程研发，计划在日后扳回一城。 

不同于赛灵思、Altera积极布局2x奈米以下制程技术；莱迪思则考量自身产品及市场定位，而对先进制程采取不躁进的发展策略。目前该公司系以40奈米制程为产品发展主力，但已着手评估导入28奈米制程的可行性。 

莱迪思资深产品暨企业行销总监Brent Przybus指出，有别于Altera、赛灵思等FPGA大厂开发的FPGA逻辑闸数动辄三百万，主要锁定高阶应用市场；该公司产品定位系瞄准小体积、低功耗及低密度的FPGA，因此对于造价昂贵的更先进奈米制程并无迫切需求。 

Przybus进一步强调，该公司的FPGA架构简单、电路设计较不复杂，因此采用40奈米制程生产的FPGA已能符合低功耗市场对于尺寸、耗电量的要求，建置更先进制程产线反而将垫高生产成本；因此28奈米制程尚在规画中，至于投产时间仍须评估技术与市场成熟度。 

稳扎稳打　莱迪思28nm制程发展不躁进

目前，莱迪思已与联电建立战略夥伴关系，将透过联电的先进制程，开发收购矽蓝(SiliconBlue)后取得的非挥发性记忆体FPGA产品，以巩固在低耗电量FPGA市场的地位。 

据了解，莱迪思除与联电合作开发40奈米制程非挥发性产品，亦有意推出28奈米制程的新一代主力产品线。 

莱迪思总裁兼执行长Darin G. Billerbeck表示，该公司越来越关注通讯基础设施、行动消费装置等低成本及低功耗的市场，而其中的成功关键就在于拥有一个弹性的非挥发性技术。也因此，莱迪思已于2011年12月收购专注于低功耗领域的FPGA厂商矽蓝；此外，并与联电使用该技术开发更多创新的产品。 

由此可见，FPGA厂商为持续扩大嵌入式系统市场版图，朝更先进奈米制程演进已势不可当；同时，采取多代工厂策略将会更加显著，以抢先布局更先进制程和提高供货弹性，藉此拉大与竞争对手的产品技术和性能差距，抢攻更大的市场商机。