FPGA双雄针锋相对，Xilinx与Altera霸主之争

【导读】在半导体行业，大家最常见的口水战除了英特尔和AMD，演进到现在的英特尔和ARM，就当数PLD领域的两大霸主Xilinx和Altera。在近十几年里，二者的争霸战就不曾停歇，行业专家或工程师针对二者熟优孰劣的争论亦是不绝于耳，而且有愈演愈烈之势，也正是因为他们在这个领域的实力旗鼓相当，至今也难分伯仲。

摘要：  在半导体行业，大家最常见的口水战除了英特尔和AMD，演进到现在的英特尔和ARM，就当数PLD领域的两大霸主Xilinx和Altera。在近十几年里，二者的争霸战就不曾停歇，行业专家或工程师针对二者熟优孰劣的争论亦是不绝于耳，而且有愈演愈烈之势，也正是因为他们在这个领域的实力旗鼓相当，至今也难分伯仲。

关键字：  半导体，  FPGA，  Xilinx，  霸主之争

在半导体行业，大家最常见的口水战除了英特尔和AMD，演进到现在的英特尔和ARM，就当数PLD领域的两大霸主Xilinx和Altera。在近十几年里，二者的争霸战就不曾停歇，行业专家或工程师针对二者熟优孰劣的争论亦是不绝于耳，而且有愈演愈烈之势，也正是因为他们在这个领域的实力旗鼓相当，至今也难分伯仲。

随着ASIC/ASSP研发成本水涨船高，其市场份额有逐步被FPGA取而代之之势。显然，FPGA成为利润丰厚的“兵家利器”。 Xilinx和Altera就是PFGA行业的佼佼者。Xilinx和Altera在FPGA乃至PLD领域的处处针锋相对，在双方长时间的角逐以来，FPGA霸主地位在双方间不时更迭着。我们试着从个中重要事件中进行梳理与总结，本文是电子发烧友网为对Xilinx和Altera有趣的霸主之争的总结和相关重要事件发表一些观点，以求抛砖引玉。

表一

表二(2008-2011) 以上数据为电子发烧友网整理

从上表一可知，2008年到2011年中的PLD市场增长率为10.80%，高出半导体市场增长率6.50%约4个百分点，由此可见，尽管期间经受经济金融危机的冲击，PLD市场仍旧在半导体领域中保持着迅猛的增长态势，PLD未来市场潜力不可低估。

从表二可分析，目前，在PLD市场赛灵思仍为领头羊，市占率占到约40%以上，阿尔特拉约30%，两者相差并不大。另一角度分析，赛灵思和阿尔特拉两者的PLD市场占有率为全球市场的70%以上，赛灵思和阿尔特拉在该领域有着绝对的优势地位。可预知的是，未来赛灵思和阿尔特拉将决定着PLD/FPGA技术发展的主要前进动能。

要全面了解赛灵思，首先了解下面的赛灵思早前历史。

Xilinx简史：FPGA的发明者

Xilinx实际上成立的日期，比altera还晚了一年。但是分析它走过的道路，从开始就注定了有今天的成就。在1996-1998，pld的高端市场，也就 是FPGA市场，都是Xilinx把持，主要是xc3000/4000 ，当然Xilinx开创了一个新的结构，不过这种结构还是能够找到一些共同点，也是先组合，后时序。不过很重要的闪亮点是：细颗粒查找表结构，丰富的寄存器资源，以及分段式路由布线结构，电路上电加载。 当然如果这个也算是的话，那就是，他的内部甚至直接集成了三态门。这个特点是那个时代Xilinx拥趸攻击Altera，Lattice的重要工具。甚至有人说，没有这个不能实现某些电路设计的障碍。当然了，Altera， Lattice的PLD也是具有三态门，不过是在输入输出管脚上。的确是不如Xilinx的来的强大和直接。这种结构有以下好处，

1、电路的规模得到空前的提高。

2、适合做加加减减的，counter，comparter密集的设计。

3、无限制的更新电路。

在那个时代，衡量一个PLD很重要的指标，就是比谁的规模更大。从这个角度来看。Xilinx无疑走到了最前面。当然，也有人说， 这样的设计不可靠。这样的设计指标难以预测。还有地说这样的设计无法保密。但是市场的成功，应用需求的推动，证明这些都是杂音。

Xilinx与Altera的主要异同

Xilinx与Altera相同的主要是，同为采取无晶圆芯片(Fabless)设计模式;不同的主要是，Altera除了设计FPGA芯片外还拥有专用集成电路的结构性ASIC，Xilinx则只有FPGA。不过，在FPGA应用愈演愈烈的今天，ASIC逐步被替代几乎已成为共识。

Altera FPGA 与 Xilinx FPGA 的优缺点比较?

1)xilinx的FPGA有宇航级，altera没有，所以航天的军品里面没有altera的份额而xilinx有;

2)在顶级器件的比较上，xilinx的速度等性能上始终要比altera高出一点;

3)从FPGA的资源上看，xilinx的短线资源较altera的丰富，也就是说，在逻辑资源用得较满的情况下，xilinx的更容易布通;

同时，由于设计了更多的短线资源，所以相同速度等级和逻辑资源的器件，xilinx的器件成本比altera的高，反映到最终售价上也是如此，因此，只要altera的能满足你的设计，那么将比xilinx有更高的性价比;

4)软件上，quartus的集成界面易用性做得比ISE好，而ISE的脚本支持比quartus做得好;因此对初学者来说，quartus更容易入门，而对熟练用户，在大型设计项目的开发中，ISE则会显得更顺手，因为可以对后端设计进行更精细的控制和自动化。

半步之遥，Altera成为先行者

要详细了解Altera公司的策略风格，得先回到2008年，就在PFGA市场争夺的热火朝天之际，Altera再次领先业界半步，推出40nm PFGA和HardCopy® ASIC器件。首先要解释一下为何在 这里强调是半步，业界通常说的半步和一步指的是晶体管数目的增加，一步晶体管数目增加30%-35%，半步则增加17%，而40nm相对于45nm来讲晶 体管多出了17%，因而相比Altera去年高调宣布45nm产品计划，其再次领先半步。[!--empirenews.page--]

此外，也许大家会疑惑为什么Altera的45nm产品在市场还没崭露头角就转向40nm呢?对此Altera首先表示了歉意，因为一直以来Altera 和TSMC都在40nm的层面上进行开发，之前提到45nm，仅仅是Altera的宣传策略。对于此次40nm 的产品，Altera非常自信，并表示自 从和TSMC合作以来，就以团队的理念共发展，从设计到投片，直至生产工艺开发，都重新定义了代工厂模型，也正是由于和TSMC展开的全面合作，将量产风 险降到最低。

记得去年Altera宣布45nm 产品之后，Xilinx便迅速回应，声称Altera是因为其65纳米FPGA开发遇到困难，所以才转向45nm技术，然而Altera又跨了半步，直接推出40nm 器件，不知道Xilinx将如何应对。

PFGA市场总是硝烟弥漫，Altera和Xilinx也总是这个舞台上的主角。尽管Altera承认从历史的角度讲，Xilinx在高端市场处于领先地位，但是Altera更愿意去相信其抢先推出的40nm 产品将取得这次战役的最终胜利。

公司策略很重要，特别是全球化的跨国大公司，一个策略的失误或对竞争对手的策略研判出现偏差，可能都会导致面临被竞争对手超越和影响公司长远战略的发展。Altera以45nm作为跳板，以宣传的策略欲蒙蔽Xilinx，直接将产品线过渡到40nm时代以取得市场先机，才有了Altera在2010年提出“多管齐下力保客户进军40nm设计时代”的口号，Xilinx在将来的竞争中，务必要有应对Altera公司层出不穷的或战术或战略上的策略。

广泛合作与专注等于成功

为了巩固市场领先地位，Xilinx和Altera都与多个厂商建立了制造和技术合作关系。作为无工厂公司，Xilinx和Altera都要依靠外部工厂来生产芯片。Xilinx以前一直与台联电(UMC)有代工合作关系，后来曾与IBM合作过，与IBM的代工合作结束后，又开始由东芝公司承接一些生产任务。Gartner公司的Lewis说：“与东芝合作的原因是，东芝本身要用到一些Xilinx的芯片，而且东芝是一家大型半导体厂商。Xilinx并没有放弃UMC，我想，Xilinx是在多面下注，以防损失。”

而Altera则仅依靠一家代工厂——台积电(TSMC)。Daane说，只有一个合作伙伴可以让事情简单化。他说：“在可编程器件领域，由于TSMC只与我们合作，而我们也只与他们合作，因此我们不必担心知识产权被别人利用。”

在研发方面，Xilinx和Altera都有广泛的合作网络，以及时发现新的FPGA应用，并充分利用现有技术。这两家公司就自己感兴趣的领域分别与无线、软件网络和DSP厂商以及专家建立了合作关系。Roelandts说：“我们拥有成百上千的合作伙伴。FPGA已经成为一个系统了。一家公司包揽一个系统的所有组件几乎是不可能的，因此你必须建立联盟与合作关系。”Roelandts特别提到，Xilinx在向DSP领域的进军中遇到了很多难题，需要借助大量外部专长。他说：“DSP是一个新市场，客户群与我们以往的情况完全不同。这时你就想与能够帮助你的人合作。”

Daane指出，与多方合作可以让Altera集中精力加强自己的核心实力。他说：“我们只专注于几件事情，这样我们可以把这些事情做好。其他事情则通过与合作伙伴合作来做，让合作伙伴发挥他们的专长。我们尽量与业界领先公司合作。”

2012年Altera或超Xilinx 成FPGA龙头?

市场分析师预测，全球营收排名第二大的可程序化逻辑组件供货商Altera，有机会在2012年初取代该市场龙头Xilinx跃上第一大供货商位置。

RaymondJames&Associates分析师HansMosesmann指出，Altera的优势在于拥有针对高、中、低阶市场的完整产品线，且将其目标市场锁定在除了ASIC市场以外的特殊应用标准组件(ASSP)与嵌入式市场。

Altera的2010年度营收为19.5亿美元，同时间Xilinx则是23亿美元。两家厂商都试图能在传统的可程序化逻辑组件市场之外，从 ASIC、ASSP与DSP等组件的应用市场抢到一些市占率;如Altera的目标是达到营收500亿美元，是现有可程序化逻辑组件市场规模的10倍以 上。

Mosesmann表示，Altera的2010年营收成长率达到64%，主力是65纳米、90纳米与0.13微米制程产品;该公司的40纳米产品还在起步阶段。

他补充指出，2010年也是Altera的0.15微米节点及以上产品营收比例首度低于20%的一年;而目前Xilinx的0.15微米以上产品市占率约八成。

此外Mosesmann也指出，Altera迈向28纳米产品的策略令他印象深刻，因为在产品性能与成本上更具优势。

Altera先前预告其高阶28纳米StratixV系列产品将在本季开始提供样品，同时间其中、低阶的Arria与Cyclone系列28纳米产品也预计会陆续在今年底、明年初推出样品;该公司高层号称，其28纳米产品线阵容之坚强，是FPGA产业界前所未有。

在Xilinx这厢，该公司也表示其第一款28纳米7系列FPGA将在本季提供样品;Xilinx的28纳米产品将分成三个等级，比上代制程节点的 两个等级多一个。此外Xilinx的28纳米组件将配备可扩展架构，让客户能比以往更容易地在产品系列之间移转其28纳米设计。

Mosesmann表示，Xilinx采取的是“一体化”的策略，推出适用所有领域的单一架构，因此具备易用性的优势，也有快速普及化的潜力;但这种方法可能会让Xilinx在某些特定市场的毛利付出代价，例如低阶市场。

Altera将击败Xilinx成为业界第一?目前下此结论仍为时尚早。产品向来得经受住市场与客户的检验，现在说28nm产品会给Xilinx和Altera带来多大本质上的变化是不切实际的，但是可以预知的是，FPGA双雄必然会从专用集成电路(ASIC)、特殊应用标准组件(ASSP)和嵌入式部分市场不断攻城略地，抢占市场。

FPGA双雄赛灵思与阿尔特拉激战TSV技术

在走在微细化尖端的FPGA企业的心目中，众多技术中，能够作为新一代附加值的技术是贯穿Si芯片的通孔，也就是TSV(硅通孔)。作为能够与制造技术的微细化相结合，或是在某些情况下替代微细化的实现技术，TSV的开发正在加速。

[!--empirenews.page--]

从FPGA企业开发TSV技术的情况来看，美国的大型企业赛灵思(Xilinx)与阿尔特拉(Altera)表现超群。率先投入量产的是赛灵思。该公司于2011年10月宣布，基于“堆叠硅片互联(Stacked Silicon Interconnect)”技术的第一款FPGA“Virtex-7 2000T”已经开始供货，该技术是在形成了TSV的Si转接板上排列多枚FPGA芯片，使其集成在同一封装内。Virtex-7 2000T排列了4枚相同的28nm工艺的FPGA芯片。与在封装基板上安装芯片相比，这项技术具有能够提高芯片间的布线密度、缩短布线长度的优点。该公司开发这项技术的目的是推动FPGA高集成化的发展，使之超越制造技术微细化的速度。

FPGA行业的另一位翘楚——阿尔特拉也展开了行动。该公司早已表明正在开发基于TSV的芯片集成技术，并且在2012年3月下旬正式宣布与台积电(TSMC)合作开发出了使用TSMC的CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)集成工艺的三维集成电路测试器件。阿尔特拉的目的与赛灵思略有不同。从目前官方发布的信息来看，赛灵思的主要目标是大规模FPGA的 高集成化，阿尔特拉的目标则是把包含FPGA的逻辑芯片与模拟电路、存储器等多种要素技术集成在单一器件之中。其集成化对象中也包括阿尔特拉致力开发的光通信技术等。

Xilinx与Altera为什么同时选择台积电(TSMC)?

有着与生俱来的“既生亮何生瑜”悲情仇怨的Xilinx和Altera，在各方面都存在着赛跑式的竞争，除了竞争领域外，从来就不存在过交集。Xilinx与Altera在PLD技术上的竞争也延伸到了销售渠道上。这两个市场领导者是拒绝共用分销商的最后两家公司：Xilinx与Avnet合作，Altera与Arrow合作。代理商承认，这两家芯片制造商之间仍然针锋相对，但是他们认为，就Altera和Xilinx的情况而言，独家代理的做法是有实际意义的。

再来分析下双方的FPGA代工厂商，Altera是坚定并始终如一的选择了台积电(TSMC)，Xilinx则分别与联电、三星、东芝半导体合作过，一直都保持着两家代工厂为其进行FPGA芯片代工。现在Xilinx为什么会将橄榄枝抛向已经长期和其主要竞争对手Altera合作的台积电?据电子发烧友网编辑分析，这主要是由于赛灵思一直都在追寻FPGA系列产品的高性能产品升级换代及低功耗，而28nm技术的最先提出者和最终实现量产的是台积电，赛灵思显然不希望在半导体工艺上落后于Altera，因此，与台积电合作便成为情理之中的事。

但是必须认识到的是，Xilinx与Altera采用的28nm工艺技术却有着本质的不同。

Altera在FPGA系列产品中引入HKMG实现了28nm优异的性能，而且还采用了第二代高级应变技术加速了电路设计，包括晶体管源漏区的嵌入硅锗(SiGe)等技术。Altera通过采用这种半导体工艺技术使得晶体管性能增强了40%以上。其他28nm 工艺技术还没有同时结合HKMG和高级应变技术来提高性能。

由于28nm 高性能(HP)工艺技术还需要将 HKMG 与 SiGe 应变技术相结合。两种高级技术在制造工艺中相结合，相对于采用 HKMG 和应力衬垫应变技术的更为简单的高性能低功耗 28nm 工艺技术而言会存在更多风险。相信赛灵思评估了多种 28nm 工艺技术，其中包括标准的低功耗(LP) 和高性能 (HP) 工艺，最后才决定采用 28nm HKMG 高性能低功耗工艺技术的。

谁来打破Xilinx和Altera双雄称霸的局面?

Xilinx和Altera这两家公司面对着一些已经建立了牢固市场地位的DSP厂商，一些小型FPGA厂商正在研发一些新技术，它们会打破Xilinx和Altera双雄称霸的局面?

DSP应用非常广泛，如MP3播放器、蜂窝电话和家庭娱乐系统。Xilinx和Altera进军DSP市场的关键优势是，FPGA可以在门级控制电路的逻辑关系。FPGA通过同时执行所有算法的子函数，速度能达到专用DSP的1000倍。由于DSP技术对Xilinx和Altera将来的成功至关重要，因此双方都在积极宣传一系列面向DSP的FPGA、内核、开发工具包和其他产品及服务。转向DSP、微处理器和收发器等模拟部件，自然成了可编程逻辑器件的自然发展方向。

Xilinx和Altera填补了主流DSP厂商尚未触及到的一个市场空白。用FPGA实现DSP功能使得Altera和Xilinx在某种程度上与德仪、ADI、飞思卡尔等DSP厂商产生了竞争，但是这种竞争关系不是直接的。Xilinx和Altera没有提供在每种应用中都直接取代DSP的产品。

尽管目前在DSP市场，没有任何一家小型FPGA厂商准备向Xilinx或Altera发起挑战，但是，考虑到这个市场的迅速变化，这种局面不可能永远持续下去。Halfhill认为，Actel有可能给Xilinx和Altera造成麻烦。(备注：目前Actel已经被美高森美半导体公司收购。)

Actel尽管该公司销售收入很少，市场影响力微不足道，但是它拥有的一项重要创新是市场大腕们所缺乏的。Actel拥有一种与Xilinx和Altera稍有不同的FPGA技术。它能做的一件事是，给芯片中的编程逻辑电路加密，而且实施加密对性能不造成很大影响。

这种看似没什么影响的技术可能在软核方面对Xilinx和Altera构成威胁。软核是一种插入FPGA中的数字逻辑部件。Xilinx和Altera目前向客户提供软核许可证时，只象征性地收取一点费用，目的是让客户将软核用在它们提供的FPGA中。Xilinx的软核只能用在Xilinx FPGA中，而Altera的软核必须与Altera FPGA搭配使用。

Actel凭借其特有的技术与ARM公司建立了合作关系。ARM公司向移动电话、便携式MP3播放器和其他新型产品提供低功率微处理器，而这些产品也是Xilinx和Altera FPGA的目标市场所在。根据Altecl和ARM签订的协议，客户购买Actel FPGA时，可以不必再与ARM签订许可协议就可获得ARM处理器内核。换言之，Actel从某种程度上成了ARM内核的经销商。实际上， ARM许可证的成本体现在Actel售出的FPGA中。

Actel的加密技术是与ARM达成合作关系的重要因素，因为ARM相信，它宝贵的知识产权不会被篡改、通过逆向设计被窃取或从Actel FPGA中复制出来。

Actel等这些FPGA具有某种技术竞争力的公司或许会对FPGA双雄造成些许困扰，但是，短期内FPGA双雄一统天下的局面难以改变。Xilinx和Altera在PLD领域的龙争虎斗在可预估的未来将会愈发精彩，Xilinx公司战略充满大将风范，新品研发，业内并购，丰富产品线，开拓与完善FPGA各细分领域的应用，都有序并稳步推进着;如果说Xilinx是大将之师，那么Altera就是高度灵活性与执行力的游击队，Altera的战略和产品研发的灵活性与推向市场的速度令人侧目。[!--empirenews.page--]

下一步，如何制定更为周全的产品策略，快速抢食专用集成电路(ASIC)市场和特殊应用标准组件(ASSP)市场份额，相信已成为Xilinx和Altera的共识。2012年，赛灵思在高举着“All Programmable”大旗之际，加速着业内收购——分别将嵌入式Linux方案提供商PetaLogix和无线回程解决方案商Modesat Communications收入囊中。值得关注的是，这两个厂商都在FPGA、嵌入式、SoC技术领域有着出色表现，Xilinx此举将会明显加强FPGA或SoC器件高度集成化，为客户提供更周全的产品方案与技术支持，对未来快速抢占ASIC、ASSP和嵌入式部分市场将发挥重要影响。

Xilinx的不断进步，处处刺激着Altera的敏感神经，从而使得Altera不断取得突破，就这样痛并快乐的良性循环着。半导体领域充满了许多不确定性，但是唯一可以确定的是，两者的竞争最直接受益的将会是工程师群体。在一切可编程化和器件高度集成化的康庄大道上，Xilinx和Altera竞争仍然继续着....

——想知道赛灵思，还是阿尔特拉的FPGA芯片好?马上参与电子发烧友网编辑为您精心策划的PK专题：

Xilinx紧逼Altera，哪家FPGA更好?