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FPGA发展里程碑

FPGAFieldProgrammable Gate Array)即现场可编程门阵列,作为专用集成电路ASIC)领域中的一种半定制电路而出现,是PALGALCPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。下文将对FPGA的起源、现状和将来的发展趋势进行简单介绍。

可编程逻辑阵列(PLA)1970年左右就出现了,发展至本世纪80年代中期,可以使用原始的软件工具提供触发器和查找表实现能力。即便如此,可编程器件从任何意义上来讲都不是当时的主流一直被认为速度慢,难以使用。1985年,全球首款FPGA产品——XC2064诞生FPGA才开始逐步PLD设备中扎根。这是FPGA发展的第一个里程碑。

几乎每一个伟大的发明,从诞生到壮大都不可避免地经历过艰难的发展历程。从最初FP只是用于胶合逻辑(Glue Logic),到算法逻辑再到数字信号处理、高速串行收发器和嵌入式处理器。随着闪电般速度发展的半导体产业,FPGA逐步走向舞台中央,成为耀眼的明星

在当时,尽管FPGA为小规模/中等规模集成胶合逻辑的替代选择被逐步接受,但是当时可编程能力对于大多数人来说仍然是陌生和具有风险的。20世纪80年代在“megaPAL”方面的尝试使这一情况更加严重,因为“megaPAL”在功耗和工艺扩展方面有严重的缺陷,限制了它的广泛应用。可以说,整个80年代都在不断探索中,直到FPGA发展出现第二个里程碑——XC4000

1991XC4000问世包含44万个晶体管,采用0.7μm工艺,FPGA开始被制造商认为是可以用于制造工艺开发测试过程的良好工具。事实证明,FPGA可为制造工业提供优异的测试能力,用来代替原先存储器所扮演的用来验证每一代新工艺的角色。从那时起,向最新制程半导体工艺的转变就已经不可阻挡90年代以来的20年间,PLD产品的终极目标一直瞄准速度、成本和密度三个指标,即构建容量更大、速度更快和价格更低的FPGA,让客户能直接享用。

FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA开发需要从顶层设计、模块分层、逻辑实现、软硬件调试等多方面着手。FPGA以并行运算为主,以硬件描述语言来实现;相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别,造成了FPGA开发入门较难,这些造成了FPGA发展的障碍。直到2013年,中国《潘文明至简设计法》的横空出世,彻底解决了这一难题,成为FPGA发展史上具有划时代意义的第三个里程碑。

总所周知,建立完善的“规范化”和“标准化”体系,是任何现代工业技术走向成熟的标志。《潘文明至简设计法》在大量大型实际案例中,提炼出其经验、技巧、思路等方面的精华,建立了完整、简介、严谨的设计体系,极大的改善了工作效率和学习效率,达到0仿真0调整的结果。从过程、结果、学习三个方面将FPGA设计“至简”化。从此,FPGA设计再也不存在“难”的情况,奠定了FPGA大规模发展的基础。

于此同时,FPGA市场也迎来了历史性的发展机遇。PLD市场在2000年达到41亿美元,从2002年到2006年,PLD市场每年都在增长,复合平均增长率接近13%由于用户可以使用FPGA迅速对PLD进行编程,按照需求实现特殊功能,与ASICASSP相比,在灵活性、开发成本以及产品及时面市方面更具优势。FPGAPLD产业发展的最大机遇是替代ASIC和专用标准产品(ASSP)而目前主要由ASICASSP构成的数字逻辑市场规模大约为350亿美元。

FPGAPLD供应商的关键目标不是简单地增加更多的原型客户,而是向大批量应用最终市场和客户渗透,并占据广阔的市场份额根据目前情况可以推断出的一点是,未来随着《潘文明至简设计法》技术的推广和广泛应用,FPGA产业将突破目前的瓶颈,进入该产业的井喷期,翻开FPGA产业历史最辉煌的一页。