1.1　FPGA产品介绍

现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）是一种通用数字芯片，可对其进行编程，灵活定制用户所需的硬件电路功能。FPGA具有开发周期短、项目实施成本低、可灵活升级用户功能、高性能和低延时等独特优势，因此被广泛应用于通信、工业控制、图像视频处理、汽车电子、医疗、测试测量、新能源储能、高性能计算等领域。FPGA在通信市场的占比超过40％，是其主要的应用场景之一。

CPU、GPU、DSP、ASIC等芯片在制造完成后，其功能就被固化了，用户无法对其硬件功能进行修改。相对于这些芯片，FPGA在制造完成后，用户可以根据实际需要，通过专用的EDA软件设计电路，对FPGA进行功能配置，从而将空白的FPGA设计为具有特定功能的集成电路芯片，且可以多次进行不同的功能配置，因此FPGA也被称为“万能芯片”。

与其他类型的芯片相比，FPGA的最大优点是其灵活性和性能的平衡。例如，与CPU相比，FPGA采用硬件并行计算，其实时计算性能远优于CPU；与专用芯片ASIC相比，FPGA的可编程特性使其在系统设计方面具有明显的灵活性。另外，与传统的ASIC和SoC相比，FPGA大大缩短了工程师设计系统的时间，加快了产品上市的速度。随着FPGA工艺的不断发展、功能的不断增加、性能的不断提升，其应用场景变得越来越丰富。

FPGA经历了以下几个发展时代。

（1）发明时代：1983—1992年。

FPGA是由Xilinx公司的创始人之一Ross Freeman于1984年发明的。当时，Xilinx公司推出了全球第一款FPGA—XC2064，该芯片的逻辑门数量不足1000个，采用2.5 μm工艺。在FPGA的发明时代，自动化布局布线工具尚未出现，主要以手动设计与优化为主。

（2）扩展时代：1992—1999年。

在1992—1999年期间，基于SRAM工艺的FPGA开始显示出竞争优势。通过采用最新的工艺，FPGA开始实现容量翻番和成本减半，FPGA也进入扩展时代。到20世纪90年代末，自动综合、自动布局布线工具已经成为必要工具，FPGA开始高度依赖EDA工具。

（3）突破时代：2000—2007年。

在2000—2007年期间，FPGA成为数字系统中的通用组件，在通信领域开辟了巨大的市场，成为用户规避研发风险、快速推向市场的首选之一。FPGA开始分为低端产品和高端产品，不再是简单的门阵列，而是集成了可编程逻辑的复杂功能集，如各种IP核，甚至软核微处理器等。FPGA的工艺节点，也在这个时期，由150 nm，经历130 nm和90 nm，发展到60 nm。

（4）系统时代：2008—2015年。

在2008—2015年，FPGA逐渐整合了高速收发器、存储器、DSP和微处理器等系统模块，同时FPGA的发展也推动了相关工具的发展。在系统时代，FPGA需要高效的系统编程语言，可利用OpenCL和C语言编程。市场主流FPGA产品的工艺节点发展到了28 nm和16 nm。

（5）智能时代：2015年至今。

从2015年开始，在人工智能、大数据、物联网、5G等新兴技术的推动下，FPGA成为数据中心、人工智能的加速平台，多核异构和自适应计算平台成为新的方向，软件开发者开始融入FPGA的软硬件生态系统。自此，FPGA迈入全新的智能时代。 c5pJ81MqfoCVufY6KPdTtfyShljdoBu4ZKtIzzMmIXBojfSY7hkNEDnxqBhZvSZd