Går det att rubba FPGA-jättarna Xilinx och Alteras oligopol? Många har försökt men vägen är kantad av konkursade företag. Alteras vd Johan Daane räknade för några år sedan ut att investerarna under tio år spenderat över en miljard dollar på uppstartsföretag varav 750 miljoner gått till företag som misslyckats. Månne är han inte lika självsäker idag när Intel hjälper Achronix med sin senaste process på 22 nm och Tabula precis tagit in ytterligare 108 miljoner dollar i nytt riskkapital.

Achronix, som grundades 2004, har redan produkter ute, men de tillverkas i en 65-nm-process vilket tar bort en stor del av fördelarna som företagets arkitektur med asynkrona element sammankopplade via parallella pipelines ger. Xilinx och Altera har, som kanske bekant, redan börjat sampla kretsar från TSMC:s 28 nm-process, och ligger därmed tre generationer före.

Konkurrenten Tabula använder samma SRAM-baserade arkitektur som Xilinx och Altera men har ett unikt sätt att koppla ihop uppslagstabellerna, LUT:arna. Tabula beskriver det som att uppslagstabellerna förutom att ha förbindelse med sina grannar som ligger i samma plan även har kontakt med den uppslagstabell som finns ovanför och med den som finns under. Dessutom går det att spara åtta olika varianter av innehållet på uppslagstabellernas in- och utgångar och dessa kan laddas mycket snabbt. Faktiskt med hela 1,6 GHz.

Hur tekniken i Tabulas och Achronixs kretsar fungerar i praktiken behöver man faktiskt inte närmare fundera över. För användarna ska kretsarna se ut som vilka FPGA:er som helst, bortsett från att de är större och snabbare. Åtminstone är det vad som utlovas i reklamen.

Även om de riskkapitalbolag som pytsat in pengarna i de två bolagen torde vara övertygade om att tekniken fungerar har företagen allt kvar att bevisa. Achronix tog in 45 miljoner dollar i mars och Tabula 108 miljoner dollar i april. Ser man det lite krasst är det inte så mycket som det kan låta.

Drakarna lägger mycket mer
Xilinx, som hade 48,1 procent av FPGA-marknaden i fjol, lägger runt 20 procent av sin omsättning, motsvarande 370 miljoner dollar i fjol, på forskning och utveckling. Det är marginellt mer än 2009 och 2008.

Altera, med 40,1 procent av marknaden 2010, spenderar ungefär 100 miljoner mindre per år, runt 260 miljoner dollar. Det har historiskt motsvarat cirka 20 procent av omsättning men sjönk till 13,5 procent i fjol eftersom omsättningen ökade kraftigt.

Pengarna har bland annat gått till processutveckling. De två företagen har en enormt hög trovärdighet i det faktum att de klarat att följa Moores lag i över 25 år. De har samlat på sig stora mängder av IP-block och har gott om kvalificerade applikationsingenjörer med goda kundkontakter. Dessutom har de spenderat enorma pengar på utvecklingsverktygen. Över hälften av Xilinx utvecklingsingenjörer sysslar just med mjukvara och IP-block och förhållandet är likartat hos Altera.

Både Achronix och Tabula hävdar att de med sina klart lägre priser kan sänka kostnaderna för FPGA-kunderna. Tabula pratar om att kretsfamiljen Abax kostar så lite som en femtedel av vad de två stora vill ha för motsvarande FPGA:er. Men den observante läsaren noterar förstås att detta gäller kretsar som ligger två processgenerationer bakom ledarduons.

Säkerligen är det här som Tabula säkert kommer att spendera en stor del av de nya pengarna. Enligt obekräftade uppgifter kommer Tabula precis som Achronix att få tillgång till Intels 22 nm-process. Xilinx och Altera använder både TSMC:s 28 nm-process.

Tabula tillverkar idag på 40 nm men hävdar att arkitekturen är skalbar, så kanske består kostnadsfördelen även på denna processnod.

Företaget har också landat Cisco som kund. Cisco torde vara en av världens största användare av avancerade FPGA:er så det kanske inte är så konstigt att företaget utvärderar Tabulas kretsar i ett projekt. Går det bra, spar man pengar. Funkar det inte finns hovleverantörerna Xilinx och Altera kvar.

Verktygen i molnet
Tabula har tagit det djärva greppet att placera sitt utvecklingsverktyg i molnet. Därmed har kunderna alltid den senaste versionen, och när något går snett slipper man börja med att reda ut vilken version av programmet som kördes på vilken typ av operativsystem. Därmed ska det enligt Tabula gå betydligt fortare att få hjälp.

Ger man dessutom Tabula access till designen – vilket förstås är frivilligt – kan företaget kontinuerligt övervaka körningarna och i bästa fall upptäcka om något är på väg att gå snett, och avstyra problemen innan körningen havererar.

En annan fördel med Abax, som Tabula kallar sin FPGA-familj, är att den åtminstone teoretiskt kan klockas med 1,6 GHz, runt tre gånger snabbare än klassiska FPGA:er.

Konkurrenten Achronix släppte sina första kretsarna redan 2009 och siktar på ungefär samma målgrupp som Tabula. Genom att liera sig med Intel får företaget tillgång till en avancerad process, faktiskt en generation bättre än vad något foundry kan erbjuda. I bästa fall kommer de första kretsarna komma redan i slutet av året, kanske dröjer till nästa år. Fast då lär även Xilinx och Altera vara på god väg mot 22 nm.

Men Achronix lovar inte bara ett lägre pris, en Speedster22i med en miljon uppslagstabeller kommer att kosta ungefär 400 dollar vilket uppges vara 40 procent lägre än motsvarande produkt från Xilinx och Altera. Dessutom är effektförbrukningen betydligt lägre. Achronix hävdar att det kan handla om så mycket som 50 procent.

Företaget trycker också på att det går att få bättre prestanda. Medan vanliga FPGA:er inte kan klockas med mer än lite drygt 400 MHz kan Speed­ster­22i i den prestandaoptimerade varianten med mindre logik nå upp i hela 1,5 GHz. Men då får man inte ha några återkopplingar, annars försvinner övertaget.

Den största modellen av den kommande Speedster22i får över 2,5 miljoner uppslagstabeller. Som jämförelse kan man ta Xilinx kommande Virtex7-familj som ska tillverkas i en 28 nm-process. Den kommer som mest att ha 2 miljoner logikceller (Xilinx namn på uppslagstabellerna) när den kommer i produktion om ett år. För att nå dit så tvingas Xilinx gå över till ett stackat byggsätt med fyra FPGA-bitar på en kiselbärare. Altera stannar på 1 miljon men kan till det lägga två Hardcopyblock, vilket gör jämförelsen svårare.

Tabulas Abaxfamilj ligger än så länge i lä med sin 40 nm-process. Den största modellen stannar på 630 000 uppslagstabeller. Om man gissar att företaget hoppar över både 32 nm och 28 nm för att gå direkt på 22 nm, och dessutom att arkitekturen är skalbar, så kan får man klart över 2 miljoner uppslagstabeller. Kanske så mycket som uppåt fem miljoner.

Ständigt pågående kapplöpning
Tabula ser ut att ta ledningen på sikt men att kora en vinnare är inte lätt. De fyra företagen mäter på lite olika sätt. Helt klart är dock att det alltid finns kunder som hela tiden vill ha större FPGA:er.

Xilinx och Altera är som bekant överlevare i en bransch där många fått kasta in handduken. Förr eller senare sker alltid ett generationsskifte och historien visar med all önskvärd tydlighet att de ledande företagen sällan klarar den omställningen.

Om vi är där nu, och om Tabula eller Achronix kan ta över stafettpinnen, är för tidigt att sia om. Det kommer hur som helst inte att hända i år och inte heller nästa år. FPGA-branschen är lika trögrörlig som en oljetanker med designtider på ett år eller mer för de största kretsarna och sedan en långsam upprampning av produktionen.

Först framåt 2014 eller 2015 kan vi se om Achronix eller Tabula lyckats rubba Xilinx och Alteras oligopol.