FPGA是什麼
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作爲專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。
系統設計師可以根據需要通過可編輯的連接把FPGA內部的邏輯塊連接起來，就好像一個電路試驗板被放在了一個芯片裏。一個出廠後的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設計者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。
FPGA一般來說比ASIC（專用集成芯片）的速度要慢，無法完成複雜的設計，但是功耗較低。但是他們也有很多的優點比如可以快速成品，可以被修改來改正程序中的錯誤和更便宜的造價。廠商也可能會提供便宜的但是編輯能力差的FPGA。因爲這些芯片有比較差的可編輯能力，所以這些設計的開發是在普通的FPGA上完成的，然後將設計轉移到一個類似於ASIC的芯片上。
FPGA 發展史
每一個後看來很成功的新事物，從誕生到發展壯大都不可避免地經歷過艱難的歷程，並可能成爲被研究的案例，FPGA也不例外。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/126978.htm
1985年，當全球首款FPGA產品——XC2064誕生時，註定要使用大量芯片的PC機剛剛走出硅谷的實驗室進入商業市場，因特網只是科學家和政府機構通信的神祕鏈路，無線電話笨重得像磚頭，日後大紅大紫的BillGates正在爲生計而奮鬥，創新的可編程產品似乎並沒有什麼用武之地。
事實也的確如此。最初，FPGA只是用於膠合邏輯(GlueLogic)，從膠合邏輯到算法邏輯再到數字信號處理、高速串行收發器和嵌入式處理器，FPGA真正地從配角變成了主角。在以閃電般速度發展的半導體產業裏，22年足夠改變一切。“在未來十年內每一個電子設備都將有一個可編程邏輯芯片”的理想正成爲現實。
1985年，Xilinx公司推出的全球第一款FPGA產品XC2064怎麼看都像是一隻“醜小鴨”——採用2μm工藝，包含64個邏輯模塊和85000個晶體管，門數量不超過1000個。22年後的2007年，FPGA業界雙雄Xilinx和Altera公司紛紛推出了採用最新65nm工藝的FPGA產品，其門數量已經達到千萬級，晶體管個數更是超過10億個。一路走來，FPGA在不斷地緊跟並推動着半導體工藝的進步——2001年採用150nm工藝、2002年採用130nm工藝，2003年採用90nm工藝，2006年採用65nm工藝。
在上世紀80年代中期，可編程器件從任何意義上來講都不是當時的主流，雖然其並不是一個新的概念。可編程邏輯陣列(PLA)在1970年左右就出現了，但是一直被認爲速度慢，難以使用。1980年之後，可配置可編程邏輯陣列(PAL)開始出現，可以使用原始的軟件工具提供有限的觸發器和查找表實現能力。PAL被視爲小規模/中等規模集成膠合邏輯的替代選擇被逐步接受，但是當時可編程能力對於大多數人來說仍然是陌生和具有風險的。20世紀80年代在“megaPAL”方面的嘗試使這一情況更加嚴重，因爲“megaPAL”在功耗和工藝擴展方面有嚴重的缺陷，限制了它的廣泛應用。
然而，Xilinx公司創始人之一——FPGA的發明者RossFreeman認爲，對於許多應用來說，如果實施得當的話，靈活性和可定製能力都是具有吸引力的特性。也許最初只能用於原型設計，但是未來可能代替更廣泛意義上的定製芯片。事實上，正如Xilinx公司亞太區營銷董事鄭馨南所言，隨着技術的不斷髮展，FPGA由配角到主角，很多系統設計都是以FPGA爲中心來設計的。FPGA走過了從初期開發應用到限量生產應用再到大批量生產應用的發展歷程。從技術上來說，最初只是邏輯器件，現在強調平臺概念，加入數字信號處理、嵌入式處理、高速串行和其他高端技術，從而被應用到更多的領域。“過去20年來，PLD產品的終極目標一直瞄準速度、成本和密度三個指標，即構建容量更大、速度更快和價格更低的FPGA，讓客戶能直接享用。”Actel司總裁兼首席執行官JohnEast如此總結可編程邏輯產業的發展脈絡。
當1991年Xilinx公司推出其第三代FPGA產品——XC4000系列時，人們開始認真考慮可編程技術了。XC4003包含44萬個晶體管，採用0.7μm工藝，FPGA開始被製造商認爲是可以用於製造工藝開發測試過程的良好工具。事實證明，FPGA可爲製造工業提供優異的測試能力，FPGA開始用來代替原先存儲器所扮演的用來驗證每一代新工藝的角色。也許從那時起，向最新制程半導體工藝的轉變就已經不可阻擋了。最新工藝的採用爲FPGA產業的發展提供了機遇。
Actel公司相信，Flash將繼續成爲FPGA產業中重要的一個增長領域。Flash技術有其獨特之處，能將非易失性和可重編程性集於單芯片解決方案中，因此能提供高成本效益，而且處於有利的位置以搶佔龐大的市場份額。Actel以Flash技術爲基礎的低功耗IGLOO系列、低成本的ProASIC3系列和混合信號Fusion FPGA將因具備Flash的固有優勢而繼續引起全球廣泛的興趣和注意。
Altera公司估計可編程邏輯器件市場在2006年的規模大概爲37億美元，Xilinx公司的估計更爲樂觀一些，爲50億美元。雖然兩家公司合計佔據該市場90%的市場份額，但是作爲業界老大的Xilinx公司在2006年的營收不過18.4億美元，Altera公司則爲12.9億美元。PLD市場在2000年達到41億美元，其後兩年出現了下滑，2002年大約爲23億美元。雖然從2002年到2006年，PLD市場每年都在增長，複合平均增長率接近13%，但是PLD終究是一個規模較小的市場。而Xilinx公司也敏銳地意識到，FPGA產業在經歷了過去幾年的快速成長後將放慢前進的腳步，那麼，未來FPGA產業的出路在哪裏?
Altera公司總裁兼首席執行官John Daane認爲，FPGA及PLD產業發展的最大機遇是替代ASIC和專用標準產品(ASSP)，主要由ASIC和ASSP構成的數字邏輯市場規模大約爲350億美元。由於用戶可以迅速對PLD進行編程，按照需求實現特殊功能，與ASIC和ASSP相比，PLD在靈活性、開發成本以及產品及時面市方面更具優勢。然而，PLD通常比這些替代方案有更高的成本結構。因此，PLD更適合對產品及時面市有較大需求的應用，以及產量較低的最終應用。PLD技術和半導體制造技術的進步，從總體上縮小了PLD和固定芯片方案的相對成本差，在以前由ASIC和ASSP佔據的市場上，Altera公司已經成功地提高了PLD的銷售份額，並且今後將繼續這一趨勢。“FPGA和PLD供應商的關鍵目標不是簡單地增加更多的原型客戶，而是向大批量應用最終市場和客戶滲透。”John Daane爲FPGA產業指明瞭方向。
Xilinx公司認爲，ASIC SoC設計週期平均是14個月到24個月，用FPGA進行開發時間可以平均降低55%。而產品晚上市六個月5年內將少33%的利潤，每晚四周等於損失14%的市場份額。因此，鄭馨南雄心勃勃地預言：“FPGA應用將不斷加快，從面向50億美元的市場擴展到面向410億美元的市場。”其中，ASIC和ASSP市場各150億美元，嵌入式處理和高性能DSP市場各30億美元。
雖然沒有像蒸汽機車發明之初備受嘲笑被譏諷爲“怪物”，但是FPGA在誕生之初受到懷疑是毫無疑問的。當時，晶體管邏輯門資源極爲珍貴，每個人都希望用到的晶體管越少越好。不過，Ross Freeman挑戰了這一觀念，他大膽預言：“在未來，晶體管將變得極爲豐富從而可以‘免費’使用。”如今，這一預言成爲現實。
“FPGA非常適用於原型設計，但對於批量DSP系統應用來說，成本太高，功耗太大。”這是業界此前的普遍觀點，很長時間以來也爲FPGA進入DSP領域設置了觀念上的障礙。而如今，隨着Xilinx公司和Altera公司相關產品的推出，DSP領域已經不再是FPGA的禁區，相反卻成了FPGA未來的希望所在。
FPGA對半導體產業最大的貢獻莫過於創立了無生產線(Fabless)模式。如今採用這種模式司空見慣，但是在20多年前，製造廠被認爲是半導體芯片企業必須認真考慮的主要競爭優勢。然而，基於過去和關係和直接、清晰的業務模式，Xilinx創始人之一Bernie Vonderschmitt成功地使日本精工公司(Seiko)確信利用該公司的製造設施來生產Xilinx公司設計的芯片對雙方都是有利的，於是，無生產線模式誕生了。
未來，相信FPGA還將在更多方面改變半導體產業