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1、FPGA的昨天、今天、明天,FPGA的昨天,数字集成电路经历了从电子管、晶体管、小规模集成电路到大规模集成电路以及超大规模集成电路等不同的阶段。发展到现在主要有三类电子器件：存储器、处理器和逻辑器件。 逻辑器件又可以分为两大类：固定的或定制的、可编程的或可变的。,固定的或定制的逻辑器件通常称为专用芯片（ASIC Application Specific Integrated Circuit）。 ASIC是为了满足特定的用途而设计的芯片，例如mp3解码芯片等。 优点：通过固化的逻辑功能和大规模的工业化生产，降低了芯片的成本，同事提高了产品的可靠性。随着集成度的提高，ASIC的物理尺寸也在不断的缩
2、小。,ASIC的缺点：设计的周期太长，投资大，风险高。一旦设计结束后，功能就固化了，以后的设计改版困难比较大。,电子产品的市场正在逐渐细分，为了满足快速产品研发，硬件工程师希望有一种更灵活的设计方法，根据需要，在实验室就能设计、更改大规模数字逻辑，研制自己的ASIC芯片并马上投入使用，而且可反复编程，修改错误，大大方便设计者。这就是可编程逻辑器件提出的基本思想，也就是现在的FPGA的雏形。,1984年前后，Xilinx公司推车了第一片现场可编程逻辑器件（FPGA）。 与FPGA同一个时期出现的还有其他一些可编程的逻辑器件：SPLD、CPLD等。这些类型的器件和FPGA同属于PLD的范畴。,FP
3、GA的昨天,FPGA一词于1984年被提出，至今已经近30年的时间，但最初十多年时间内FPGA都未受到太多的重视。原因是FPGA的功耗用电、电路密度、频率效能、电路成本等都不如ASIC。,在这十多年时间内，FPGA多半只用在一些特殊领域，例如芯片业者针对新产品测试市场反应，即便初期产品未达量产规模，也能先以FPGA制成产品测试。或者有些芯片设计公司承接了小型的设计项目，在量产规模不足下也一样使用FPGA，或如政府、军方的特殊要求，不期望使用开放、标准性的芯片与电路，也会倾向使用FPGA。,FPGA本身因具备可程序化的天性，其逻辑闸电路用量必然高于ASIC，因此其功耗用电确实很难收敛，以致于到今
4、天为止，凡是以电池运作的手持式应用都无法使用FPGA，至多是使用逻辑闸数目较少的CPLD。而根据研究调查机构iSuppli的推论：如果FPGA因功耗用电的改善而能用于手持式应用的话，则FPGA的市场将可能再增加30亿美元。也因为如此，现在FPGA业者都以减少FPGA用电为研发目标。,FPGA虽积极使用最先进的工艺技术提升效能、降低成本，但工艺日益缩密的结果是：晶体管的漏电流(Leakage Current)愈来愈大，包括从源极(Source)到汲极(Drain)之间的电流漏往基极(Body)，也包括闸极(Gate)直接漏至基极。 关于此目前半导体业界也提出各种漏电防制之道，例如IBM提出硅绝缘
5、(SOI)技术，可减少源极通往汲极间的漏电，或如Intel于2007年11月发表的高介电质金属闸极技术，则可减少闸极的漏电。,FPGA的今天,时至今日，FPGA市场的主要业者仅剩数家，包括Altera、Xilinx(赛灵思，过去称为：智霖科技)、Actel、Atmel、Lattice、QuickLogic等，不过2007年11月QuickLogic也确定淡出FPGA市场，并转进发展CSSP(Customer Specific Standard Product)，甚至QuickLogic公司的总裁、主席、执行长(中国内地方面称为：首席执行官，或首席行政官)E. Thomas Hart就直言：Al
6、tera与Xilinx已经成为FPGA领域的可口可乐与百事可乐。言下之意就是，除此之外第三家FPGA业者，很难有窜头的机会。,话虽如此，但FPGA领域依然有新兴业者出现，例如Achronix Semiconductor、MathStar等。且除了单纯数字逻辑性质的可程序逻辑装置外，混讯、模拟性质的可程序逻辑装置也崭露头角，例如Cypress Semiconductor的PSoC(Programmable System-on-Chip)即具有可组态性的混讯电路，或如Actel公司也提出可程序化的混讯芯片：Fusion，或者也有业者提出所谓的现场可程序化模拟数组(Field Programmabl
7、e Analog Array；FPAA)等，相信这些都能为可程序化芯片带来更多的发展动能。,图说：FPGA的功耗用电表现愈来愈受到关注，因此美国国家半导体公司(National Semiconductor；NS)针对Xilinx公司的FPGA及CPLD提出了电源设计工具：Power Expert，运用工作可加速FPGA应用电路的电源设计。（www.N）,图说：虽然今日的半导体工艺工艺仍然持续合乎摩尔定律(Moores Law)，但真正能以最新工艺量产的芯片已愈来愈少。图中为摩尔定律中每18个月与每24个月的趋势发展曲线比较。,FPGA的明天,(1) 大容量、低电压、低功耗FPGA,大容量FPG
8、A 是市场发展的焦点。FPGA 产业中的两大霸主：Altera和Xilinx在超大容量FPGA上展开了激烈的竞争。2007年Altera推出了65nm工艺的StratixIII系列芯片，其容量为67200个L E (Logic Element，逻辑单元)，Xilinx推出的65nm工艺的VitexVI系列芯片，其容量为33792个Slices (一个Slices约等于2个L E)。采用深亚微米(DSM)的半导体工艺后,器件在性能提高的同时，价格也在逐步降低。由于便携式应用产品的发展，对FPGA 的低电压、低功耗的要日益迫切。因此，无论那个厂家、哪种类型的产品,都在瞄准这个方向而努力。,(2)
9、系统级高密度FPGA,随着生产规模的提高,产品应用成本的下降，FPGA 的应用已经不是过去的仅仅适用于系统接口部件的现场集成，而是将它灵活地应用于系统级(包括其核心功能芯片)设计之中。在这样的背景下，国际主要FPGA 厂家在系统级高密度FPGA 的技术发展上，主要强调了两个方面：FPGA 的IP( Intellec2tual Property ，知识产权)硬核和IP软核。当前具有IP内核的系统级FPGA的开发主要体现在两个方面：一方面是FPGA 厂商将IP硬核(指完成版图设计的功能单元模块)嵌入到FPGA 器件中，另一方面是大力扩充优化的IP软核(指利用HDL语言设计并经过综合验证的功能单元模
10、块)，用户可以直接利用这些预定义的、经过测试和验证的IP 核资源,有效地完成复杂的片上系统设计。,(3) FPGA和ASIC出现相互融合,虽然标准逻辑ASIC 芯片尺寸小、功能强、功耗低，但其设计复杂，并且有批量要求。FPGA价格较低廉，能在现场进行编程，但它们体积大、能力有限，而且功耗比ASIC大。正因如此，FPGA和ASIC正在互相融合，取长补短。随着一些ASIC制造商提供具有可编程逻辑的标准单元，FPGA 制造商重新对标准逻辑单元发生兴趣。,(4) 动态可重构FPGA,动态可重构FPGA是指在一定条件下芯片不仅具有在系统重新配置电路功能的特性，而且还具有在系统动态重构电路逻辑的能力。对于
11、数字时序逻辑系统，动态可重构FPGA的意义在于其时序逻辑的发生不是通过调用芯片内不同区域、不同逻辑资源来组合而成，而是通过对FPGA 进行局部的或全局的芯片逻辑的动态重构而实现的。动态可重构FPGA在器件编程结构上具有专门的特征，其内部逻辑块和内部连线的改变，可以通过读取不同的SRAM中的数据来直接实现这样的逻辑重构，时间往往在纳秒级，有助于实现FPGA系统逻辑功能的动态重构。,动态可重构的FPGA可以在系统运行中对电路进行动态配置，实现硬件的时分复用，节省资源。 FPGA的动态重构特性主要适用于两个系统：最新的通信系统和重构计算机。,5、IP库的发展及其作用。,为了更好的满足设计人员的需要，扩大市场，各大现场可编程逻辑器件的厂商都在不断的扩充其知识产权（IP）核心库。这些核心库都是预定义的、经过测试和验证的、优化的、可保证正确的功能。设计人员可以利用这些现成的IP库资源，高效准确的完成复杂片上的系统设计。典型的IP核心库有Xilinx公司提供的 LogiCORE和AllianceCORE。,
