FPGA技術及其發展趨勢探討

伍懷琪，陳 新

（零八一電子集團有限公司，成都 611731）

伴隨核心器件集成度的不斷變大，器件的價格隨之有所下降，FPGA技術以其本身特有的現場修改、現場設計和現場體驗及現場實現優勢特點，慢慢的受到各電子應用行業設計人員的高度關注和喜好。各個國家的EDA公司都在EDA工具的基礎上開發FPGA應用接口，由此促進FYGA應用通用性的有效實現。在此前提下，一些微電子公司，以其本身所特有的技術優勢，在FPGA器件性能、價格和新類型方面進行競爭，不斷推出新產品。

1 FPGA技術介紹

FPGA技術屬于新興起的一種可以用于編程的邏輯器件，其具備高密度、工作效率高、編程靈活等特點，在各類電子產品當中獲得大量應用。FPGA技術能夠實現重新配置和擴展體系結構，可以當作標準處理器芯片算法的協助性處理器。因為FPGA技術本身特有的高密性和現場編程功能，可以讓電路設計中的很多工作都能在計算機上完成。由于輔助CAD技術，所以能夠讓產品開發期變短，降低投資風險。在此過程中樣品的體積和器件的功耗也會因為器件的高密度而有所降低，由此在實驗室便能研發出規模較大的集成電路。這一器件的誕生，很快便獲得電路及系統設計人員的青睞，現已成為電路系統中較突出的新型電路。FPGA技術的功能是由用戶編程所控制的，在其外部接口不發生變化的前提下，能夠很簡單的就可以對其電路邏輯功能進行更改，所以較適合用在多品種、小批量軍用設備的開發。因為其使用簡單，較易更改邏輯功能，這一優勢正好與現代通信技術的發展相匹配，因此，在國外的很多科研項目當中都已應用FPGA技術。FPGA器件結構可以劃分成兩大類，即：（1）陣列分布邏輯單元型。這一類型的電路結構與門陣列電路比較相近，芯片內部是由分布陣列的編程邏輯單元塊所構成的，在芯片的周圍可以編程輸入或是輸出的單元模塊；（2）PAL結構擴展類型。這一類型具有陳列可編程和陣列固定的特點，所以其互連模式比較死板，缺少靈活性[1]。

2 FPGA技術發展

2.1 FPGA技術的大容量低電壓低功耗發展

FPGA技術的大容量是其發展的重點。采用深亞微米的工藝以后，器件性能得到了明顯提升，在此同時，價格也有所降低。因為便攜式產品的快速發展，要求FPGA需具備低功耗、低電壓特點。所以，不管是任何廠家和任何種類的產品，均都向著這個方向發展。

2.2 FPGA技術系統高密化發展

伴隨生產規模的不斷擴大，產品成本的逐漸降低，現在FPGA技術的應用已不在只適合用在系統接口器件的現場集成，則可以將其靈活的應用在系統的設計當中。在此前提下，國際上的FPGA生產廠家，在高密度FPGA技術的發展過程中，重點關注的是：FPGA技術的IP硬核與軟核?，F時期，對于IP內核系統FPGA的開發，重點表現在：（1）FPGA生產廠把IP硬核嵌入FPGA器件當中；（2）大力拓展IP軟核，用戶可直接利用經過測試和檢驗及定義的IP核，高效的實現復雜芯片系統的設計[2]。

2.3 FPGA技術與ASIC技術的融合

盡管標準邏輯芯片具有尺寸較小、功耗較低、功能強的特點，然而其設計卻比較繁瑣，而且還存在批量性。FPGA價格投入較低，可以進行現場編程，然而其體積比較大、能力不足、功耗要比ASIC大。所以，FPGA與ASIC需相互融合，這樣才可以相互補充。伴隨ASIC生產商所給出的編程邏輯標準單元，FPGA制造商需重新對其進行優化和調整。

2.4 FPGA技術的動態化重組

動態化重構FPGA指的是在相應條件下，芯片不但具備重新配置電路的功能，并且還具有系統動態重構邏輯功能。對數字時序邏輯系統來說，動態可重組FPGA其時序邏輯的形成并不是通過調整芯片區域和邏輯組合而成的，則是利用FPGA來實施局部或是整體芯片邏輯動態重組而達成的。動態可重構式的FPGA，在器件編程中具備其特有的功能和特點，內部邏輯模塊與內部連線的變化能夠利用讀取SRAM數據來達成邏輯重構，其時間通常處于納秒級，有利于FPGA邏輯功能實現動態重構[3]。

3 結束語

總體來說，伴隨半導體技術的不斷發展與進步，FPGA器件集成度與性能都在快速提升，通過使用FPGA技術來完成電子線路的設計與制造，現已是一種非?？煽堪踩闹匾侄危谛盘柼幚?、工業控制、圖象處理、網絡通訊傳輸等領域當中得到了廣泛應用，在未來FPGA技術必定會取替ASIC技術獲得不斷發展，同時也一定會促進數字化時代更高層的發展。