PGA的發展由來

　　數字集成電路的發展歷史，經歷了從電子管、晶體管、小規模集成電路到大規模以及超大規模集成電路等不同的階段。發展到現在，主要有3類電子器件：存儲器、處理器和邏輯器件。

　　存儲器保存隨機信息（電子數據表或數據庫的內容）；處理器執行軟件指令，以便完成各種任務（運行數據處理程序或視頻游戲）；而邏輯器件可以提供特殊功能（器件之間的通信和系統必須執行的其他所有功能）。

　　邏輯器件分成兩類：

　　1.固定的或定制的

　　2.可編程的或可變的

　　其中，固定的或定制的邏輯器件通常稱為專用芯片（ASIC）。ASIC是為了滿足特定的用途而設計的芯片，例如MP3解碼芯片等。其優點是通過固化的邏輯功能和大規模的工業化生產，降低了芯片的成本，同時提高了產品的可靠性。隨著集成度的提高，ASIC的物理尺寸也在不斷的縮小。

　　FPGA工作原理

　　FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，內部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內部連線（Interconnect）三個部分。

　　與傳統邏輯電路和門陣列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的結構，FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。

　　FPGA的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了FPGA所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程。

　　FPGA基本特點

　　1.采用FPGA設計ASIC電路（專用集成電路），用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。

　　2.FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

　　3.FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。

　　4.FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。

　　5.FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

　　FPGA國內現狀

　　目前中國IC廠商在FPGA這個細分領域和國外巨頭的差距遠遠比其他領域要大。

　　FPGA技術門檻非常高，核心技術只掌握在及其少數的公司手上，而且xilinx和atlera手頭握有6000多項專利，對后進者形成很高的技術壁壘，國內廠商要么和國外巨頭專利交叉授權，要么花錢買專利，但當前我們并沒有多少專利可以和xilinx和altera進行交叉許可，購買難度更大，這不僅僅是資金的問題。從canyon bridge收購lattice被美國否決來看，凡涉及到美國國家安全的高新技術公司，我國是不可能通過收購來獲得的，lattice在行業內充其量是第二團隊尚且如此，業界領先的企業我國更難獲得。

　　國內FPGA的發展只能靠自主，雖然這個過程可能會很漫長，但除此之外沒有更好的選擇。芯片的自主設計是實現信息安全的最底層保障。這也是為什么與信息處理相關的基礎芯片（手機芯片、PC處理器等）需要實現自制的原因。在目前FPGA的技術和供給幾乎全部來源于美國，包括歐洲和日本等技術強國也沒有掌握到核心技術。

　　對于中國而言，國家促進集成電路發展已經提升至國家戰略。同時特殊的應用場景（軍工、導彈、航天航空）的要求的FPGA，國外對中國是禁運的，這也從另一方面促成國內FPGA自制的契機。目前，國內生產的FPGA主要用于軍工、通訊、航空航天等領域。

　　在民用領域，國內是FPGA需求最大的市場，現在Xilinx、Altera最大的客戶就在中國，通訊市場華為中興烽火包攬了全國60%以上的量。中國FPGA的發展紅利在于需求市場足夠大，有需求就要有相應產品來支持。這對于國內廠家就是機會，目前，同方國芯片已經和華為中興合作，想實現一部分的國產替代。

　　最后，從技術角度來說，我們已經不像10年前基本不懂核心技術。國內半導體產業鏈的不斷成熟完善，以及芯片設計能力的不斷加強，我們自己可以自主設計和流片ARM架構的手機CPU（海思麒麟、大唐聯芯），并成功實現商業化，這在10年前都不敢相信。在我們在過去積累的技術沉淀和創新能力，已經使得我們在FPGA的特定應用領域（軍工、通訊）實現一定程度上的自我供給。未來也可能類似于CPU+FPGA用于云數據中心節中，這些應用領域都是信息高度敏高的地方，使用自主設計的芯片更能實現安全可控。

　　中國FPGA的機遇

　　為了滿足經濟發展和國防需求，打破美國的壟斷，中國政府多年來投入了數百億科研經費，通過逆向工程方式仿制美國對我禁運的FPGA產品。但由于知識產權、生產工藝和軟件技術等多方面的限制，仿制品種有限，技術無法突破，難以滿足國家安全的需要。隨著國際形勢的變化，通過走私進口禁運產品的渠道可能被切斷，進口的關鍵芯片也可能被人為地嵌入后門通道或定時炸彈等模塊，嚴重危及國家安全。

　　我們不得不承認國產FPGA產業與國際巨頭還存在較大的差距，不論從產品性能、功能、功耗、軟件、應用支撐上都有差距。甚至成本上，我們的優勢也不大。

　　但是，中國擁有超過50億元的FPGA市場。“十二五”期間，中國的可編程器件市場仍將保持年均30%以上的增長速度。中國尤其是北京等重要研究部門急需也長期需要FPGA用于國家安全和重點應用，比如航天航空、信息安全、知識產品保護等。此外，中國電子產品市場要求敏捷快速的研發周期和少量多樣的產品形態，最適合FPGA應用。

　　因此，中國FPGA產業享有巨大的發展空間，機遇與挑戰并存。

　　全球FPGA市場發展前景展望

　　當今，半導體市場格局已成三足鼎立之勢，FPGA，ASIC和ASSP三分天下。市場統計數據表明，FPGA已經逐步侵蝕ASIC和ASSP的傳統市場，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，研發具有自主知識產權的FPGA技術與產品對打破美國企業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，FPGA在短短二十多年中從電子設計的外圍器件逐漸演變為數字系統的核心。伴隨半導體工藝技術的進步，FPGA器件的設計技術取得了飛躍發展及突破。通過FPGA器件的發展歷程來看，今后仍將朝下以下幾個方向發展：

　　·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、系統集成；

　　·動態可重構以及單片集群；

　　·緊密結合應用需求，多元化發展。

　　此外，集成了FPGA架構、硬核CPU子系統（ARM/MIPS/MCU）及其他硬核IP的芯片已經發展到了一個“關鍵點”，它將在今后數十年中得到廣泛應用，為系統設計人員提供更多的選擇。例如，以應用為導向，在受專利保護的FPGA平臺架構上無縫集成特定功能模塊，以形成具備行業競爭優勢（高性價比）的獨特產品。Altera、Cypress?半導體、Intel?和Xilinx?公司等供應商相繼在最近一年發布或者開始發售SoCFPGA器件。

　　在FPGA領域，Xilinx和Altera長期穩坐第一第二的位置。根據最新Form-10K數據顯示，其分別占有48%和41%的市場份額。其中Xilinx凈銷售額為23.1億美元，凈收入為6.3億美元；Altera凈銷售額為19.5億美元，凈收入為7.8億美元。這兩家公司一直以來是市場和技術的領頭羊，而剩余的市場份額被Lattice占據多數。

　　為了在競爭中占據主動，Xilinx與Altera新近分別宣布其下一代FPGA產品都將采用高k金屬柵技術的 28nm工藝，以滿足諸如云計算、移動互聯網和3G應用等領域所不斷增長的帶寬需求。由于PLD器件采用更高技術的工藝節點制造，無疑可以降低成本、提升性能，尤其是能夠改進一直以來為ASIC所詬病的功耗水平，以適應更廣闊的設計應用。

　　Xilinx和Altera雖然控制世界將近90%的FPGA市場，但是他們的產品是大多以純FPGA為主。“平臺化”已成為FPGA一個發展趨勢，盡管Xilinx和Altera在FPGA“平臺化”方面在最近幾年也有涉及，但概念和特點比較簡單，沒有完全形成氣候。

　　權威市場調研機構Gartner 2010年初的預測數據表明，FPGA正處于一個加速增長的市場勢態中。未來5年，市場平均增長幅度超過12.6%，這種增長幅度遠大于ASIC和ASSP市場。同時，市場數據表明其行業平均毛利大于60%。FPGA行業需要更大的市場規模，以吸引更多的使用者。預計未來5年，隨著產量增加，成本進一步降低，FPGA市場份額將會持續增大。