fpga突出特點

可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。采用FPGA設計ASIC電路（專用集成電路），用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。

FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復成白片，內(nèi)部邏輯關系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。

fpga配置模式

FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設模式可以將FPGA作為微處理器的外設，由微處理器對其編程。

如何實現(xiàn)快速的時序收斂、降低功耗和成本、優(yōu)化時鐘管理并降低FPGA與PCB并行設計的復雜性等問題，一直是采用FPGA的系統(tǒng)設計工程師需要考慮的關鍵問題。如今，隨著FPGA向更高密度、更大容量、更低功耗和集成更多IP的方向發(fā)展，系統(tǒng)設計工程師在從這些優(yōu)異性能獲益的同時，不得不面對由于FPGA前所未有的性能和能力水平而帶來的新的設計挑戰(zhàn)。

例如，領先FPGA廠商Xilinx最近推出的Virtex-5系列采用65nm工藝，可提供高達33萬個邏輯單元、1，200個I/O和大量硬IP塊。超大容量和密度使復雜的布線變得更加不可預測，由此帶來更嚴重的時序收斂問題。此外，針對不同應用而集成的更多數(shù)量的邏輯功能、DSP、嵌入式處理和接口模塊，也讓時鐘管理和電壓分配問題變得更加困難。

幸運地是，F(xiàn)PGA廠商、EDA工具供應商正在通力合作解決65nm FPGA獨特的設計挑戰(zhàn)。不久以前，Synplicity與Xilinx宣布成立超大容量時序收斂聯(lián)合工作小組，旨在最大程度地幫助系統(tǒng)設計工程師以更快、更高效的方式應用65nm FPGA器件。設計軟件供應商Magma推出的綜合工具Blast FPGA能幫助建立優(yōu)化的布局，加快時序的收斂。最近FPGA的配置方式已經(jīng)多元化！

fpga典型應用

典型應用一：接口邏輯控制——提供前所未有的靈活性

1、PCI、PCI Express、PS/2、USB等接口控制器

2、SDRAM、DDR、SDRAM、QDR、SRAM、NAND Flash、NOR Flash等接口控制器

3、電平轉換，LVDS、TTL、COMS、SSTL等

典型應用二：高速的數(shù)字信號處理——提供前所未有的計算能力

1、無線通信領域，如軟件無線電（SDR）；

2、視頻圖像處理領域，如高清晰數(shù)字電視（HDTV）；

3、軍事和航空航天領域，如雷達聲納、安全通信。

其他應用領域

1、汽車，如網(wǎng)關控制器、車用PC、遠程信息處理系統(tǒng)等；

2、消費產(chǎn)品，如顯示器/投影儀、數(shù)字電視和機頂盒、家庭網(wǎng)絡等；

3、醫(yī)療，如電療、血液分析儀、醫(yī)療檢測設備等

4、通信設備 ，如蜂窩基礎設施、寬帶無線通信、軟件無線電等

5、測試與測量，如通信測試與監(jiān)測、半導體、自動測試設備、通用儀表等。

全球FPGA發(fā)展概況

從市場規(guī)模來看，全球FPGA近幾年基本維持在50億美元左右，應用則以傳統(tǒng)通信市場為主，云計算、IoT等新興市場尚在培育期。

Xilinx、Altera、Lattice三家廠商營收始終位于全球前三甲，每年的營收、凈利潤增長以及毛利率都相對穩(wěn)定。

參加此次FPGA邀請賽高峰論壇的深圳市紫光同創(chuàng)電子有限公司營銷中心總經(jīng)理包朝偉表示，這三家廠商占據(jù)絕大部分的市場份額，尤其是Xilinx，長期占據(jù)行業(yè)龍頭位置，年產(chǎn)值超過23億美元，全球市場份額超過50%，且還在持續(xù)增長。

技術方面，近十年FPGA沒有根本性的進步，行業(yè)壟斷已經(jīng)形成。

Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi等廠商共計擁有超過10000件專利，占總量60%以上，F(xiàn)PGA架構和核心電路、應用方案，基本被這幾家國外廠商專利網(wǎng)覆蓋，后進者發(fā)展受到極大限制。

資料顯示，Xilinx Virtex UltraScale Plus系列產(chǎn)品，采用16納米先進制程工藝，擁有超過28520萬門，Serdes速率為32.75Gbps ，即將開始量產(chǎn)，在技術上依舊領先競爭對手。

中國的現(xiàn)狀和機遇

數(shù)據(jù)顯示，中國FPGA市場國產(chǎn)化率非常低，政府部門國產(chǎn)應用率不足30%，還有很大提升空間，商用市場國產(chǎn)化率就更低，形勢不容樂觀。

包朝偉表示，國內(nèi)廠商FPGA產(chǎn)品在中國市場的份額總計不足5%，只有紫光同創(chuàng)、安路等廠商在中低密度市場取得了一些成績。

不過，由于全球絕大部分FPGA專業(yè)人才集中在前幾家龍頭廠商，其它廠商人才匱乏，再加上FPGA開發(fā)需要最先進的制造封測工藝、軟件開發(fā)難度大、IP多且雜，需要大量應用才能支撐市場，因此中國目前的發(fā)展存在嚴重滯后的問題。

當然，這也是國內(nèi)廠商的發(fā)展機會。從信息、產(chǎn)業(yè)和國防安全等方面考慮，中國不僅需要自主FPGA，而且還需要將其快速國產(chǎn)化。在AI、IoT、5G快速發(fā)展和即將商用的情況下，預計將帶來龐大的FPGA增量市場，而這也是國內(nèi)廠商快速切入的時機。

據(jù)悉，紫光同創(chuàng)Titan系列FPGA產(chǎn)品采用40納米制程工藝，擁有超過2500萬門，Serdes速率為6.25Gbps，目前已經(jīng)量產(chǎn)，并在通信、安全等中高密度市場逐步打開局面。

當前，在國家大力支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)境下，對于尚不夠強大的中國FPGA企業(yè)來說不失為黃金發(fā)展時機，如何把握機會快速做大做強將是對每一家企業(yè)的考驗。

全球FPGA市場發(fā)展前景展望

通常來說半導體產(chǎn)業(yè)是周期性行業(yè)，其周期一般為4到5年。但是隨著新技術和應用的快速發(fā)展，現(xiàn)今半導體周期越來越短，且每一個周期都有典型應用作為拉動點，比如過去的PC、后來的通信行業(yè)。FPGA也明顯符合這種規(guī)律。但不同的是，當ASIC和ASSP蕭條的時候，往往迎來FPGA的大發(fā)展。2008年以來的金融危機使得半導體行業(yè)平均跌幅大于10%，但是市場數(shù)據(jù)卻顯示FPGA行業(yè)依然強勁增長。危機和低迷使ASIC和ASSP制造者為謹慎起見，不敢貿(mào)然推出新產(chǎn)品，避免巨大的NRE費用。而FPGA恰好能迎合這一需求。

當今，半導體市場格局已成三足鼎立之勢，F(xiàn)PGA，ASIC和ASSP三分天下。市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)PGA已經(jīng)逐步侵蝕ASIC和ASSP的傳統(tǒng)市場，并處于快速增長階段。

在全球市場中，Xilinx、Altera兩大公司對FPGA的技術與市場仍然占據(jù)絕對壟斷地位。兩家公司占有將近90%市場份額，專利達6000余項之多，而且這種壟斷仍在加強。同時，美國政府對我國的FPGA產(chǎn)品與技術出口進行苛刻的審核和禁運，使得國家在航天、航空乃至國家安全領域都受到嚴重制約。因此，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的FPGA技術與產(chǎn)品對打破美國企業(yè)和政府結合構成的壟斷，及國家利益意義深遠。

作為一種可編程邏輯器件，F(xiàn)PGA在短短二十多年中從電子設計的外圍器件逐漸演變?yōu)閿?shù)字系統(tǒng)的核心。伴隨半導體工藝技術的進步，F(xiàn)PGA器件的設計技術取得了飛躍發(fā)展及突破。通過FPGA器件的發(fā)展歷程來看，今后仍將朝下以下幾個方向發(fā)展：

?高密度、高速度、寬頻帶、高保密;

?低電壓、低功耗、低成本、低價格;

?IP軟/硬核復用、系統(tǒng)集成;

?動態(tài)可重構以及單片集群;

?緊密結合應用需求，多元化發(fā)展。