可編程的“萬能芯片” FPGA——現場可編程門陣列，是指一切通過軟件手段更改、配置器件內部連接結構和邏輯單元，完成既定設計功能的數字集成電路。

FPGA簡介

FPGA（Field Programmable Gate Array）于1985年由xilinx創始人之一Ross Freeman發明，雖然有其他公司宣稱自己最先發明可編程邏輯器件PLD，但是真正意義上的第一顆FPGA芯片XC2064為xilinx所發明，這個時間差不多比摩爾老先生提出著名的摩爾定律晚20年左右，但是FPGA一經發明，后續的發展速度之快，超出大多數人的想象，近些年的FPGA，始終引領先進的工藝。

可編程的“萬能芯片” FPGA——現場可編程門陣列，是指一切通過軟件手段更改、配置器件內部連接結構和邏輯單元，完成既定設計功能的數字集成電路。

FPGA可以實現怎樣的能力，主要取決于它所提供的門電路的規模。如果門電路的規模足夠大，FPGA通過編程可以實現任意芯片的邏輯功能，例如ASIC、DSP甚至PC處理器等。這就是FPGA為什么被稱之為“萬能芯片”的原因。

FPGA 內部結構

FPGA可隨意定制內部邏輯的陣列，并且可以在用戶現場進行即時編程，以修改內部的硬件邏輯，從而實現任意邏輯功能。這一點是ASIC和和DSP都無法做到的。形象點來說，傳統的ASIC和DSP等于一張出廠時就寫有數據且不可擦除的CD，用戶只需要放到CD播放器就可以看到起數據或聽到音樂；而FPGA是一張出廠時的空白的CD，需要用戶自己使用刻錄機燒寫數據內容到盤里，并且還可以擦除上面的數據，反復刻錄。

可編程靈活性高、開發周期短、并行計算效率高

FPGA的核心優點：可編程靈活性高、開發周期短、并行計算可編程靈活性高。

與ASIC的全定制電路不同，FPGA屬于半定制電路。理論上，如果FPGA提供的門電路規模足夠大，通過編程可以實現任意ASIC和DSP的邏輯功能。另外，編程可以反復，不像ASIC設計后固化不能修改。所以，FPGA的靈活性也較高。實際應用中，FPGA的現場可重復編程性使開發人員能夠用軟件升級包通過在片上運行程序來修改芯片，而不是替換和設計芯片（設計和）時間成本巨大），甚至FPGA可通過因特網進行遠程升級。

開發周期短。ASIC制造流程包括邏輯實現、布線處理和流片等多個步驟，而FPGA無需布線、掩模和定制流片等，芯片開發流程簡化。傳統的ASIC和SoC設計周期平均是14個月到24個月，用FPGA進行開發時間可以平均降低55%。全球FPGA第一大廠商Xilinx認為，更快比更便宜重要，產品晚上市六個月5年內將少33%的利潤，每晚四周等于損失14%的市場份額。

FPGA比ASIC的設計流程大幅減小

并行計算效率高。FPGA屬于并行計算，一次可執行多個指令的算法，而傳統的ASIC、DSP甚至CPU都是串行計算，一次只能處理一個指令集，如果ASIC和CPU需要提速，更多的方法是增加頻率，所以ASIC、CPU的主頻一般較高。FPGA雖然普遍主頻較低，但對部分特殊的任務，大量相對低速并行的單元比起少量高效單元而言效率更高。另外，從某種角度上說，FPGA內部其實并沒有所謂的“計算”，最終結果幾乎是類似于ASIC“電路直給”，因此執行效率就大幅提高。

FPGA限制因素：成本、功耗和編程設計

未來，如果FPGA價格到低一定程度，將替代大多數的ASIC芯片。但是，目前制約FPGA發展的三大因素主要有：成本、功耗和編程設計。

成本。如果ASIC流片量大，實現同樣邏輯的FPGA成本將是ASIC的10倍以上。按照上面的初步測算，以5萬片流片為零界點，低于5萬片的小批量多批次的專用控制設別（如雷達、航天飛機、汽車電子、路由器，這些高價值、批量相對較小、多通道計算的專用設備）采用FPGA更加經濟劃算。

功耗。FPGA中的芯片的面積比ASIC更大，這是因為FPGA廠商并不知道下游的具體需求應用，故在芯片中裝入規模巨大的門電路（其實很多沒有使用到），行業深度報告:FPGA—大數據和物聯網時代大有可為國防、汽車等，這些領域對低功耗要求不高。

編程設計。FPGA的發展中，軟件將占據60%的重要程度。例如Xilinx公司60%~70%的研發人員從事軟件工作。除了考慮芯片架構，編程設計時還要考慮應用場景多樣性、復雜性和效率。FPGA編程需要采用的專用工具進行HDL編譯，再燒錄至FPGA中，其技術門檻非常高。