fpga突出特點

可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、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，就能得到合用的芯片。FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。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。FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。

FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA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FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA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FPGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持一片PROM編程多片FPGA；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。

如何實現快速的時序收斂、降低功耗和成本、優化時鐘管理并降低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的方向發展，系統設計工程師在從這些優異性能獲益的同時，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。

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，FPGA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。不久以前，Synplicity與Xilinx宣布成立超大容量時序收斂聯合工作小組，旨在最大程度地幫助系統設計工程師以更快、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能幫助建立優化的布局，加快時序的收斂。最近FPGA的配置方式已經多元化！

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，如網關控制器、車用PC、遠程信息處理系統等；

2、消費產品，如顯示器/投影儀、數字電視和機頂盒、家庭網絡等；

3、醫療，如電療、血液分析儀、醫療檢測設備等

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，如通信測試與監測、半導體、自動測試設備、通用儀表等。

全球FPGA發展概況

從市場規模來看，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定。

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

技術方面，近十年FPGA沒有根本性的進步，行業壟斷已經形成。

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

資料顯示，Xilinx Virtex UltraScale Plus系列產品，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，在技術上依舊領先競爭對手。

中國的現狀和機遇

數據顯示，中國FPGA市場國產化率非常低，政府部門國產應用率不足30%，還有很大提升空間，商用市場國產化率就更低，形勢不容樂觀。

包朝偉表示，國內廠商FPGA產品在中國市場的份額總計不足5%，只有紫光同創、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開發需要最先進的制造封測工藝、軟件開發難度大、IP多且雜，需要大量應用才能支撐市場，因此中國目前的發展存在嚴重滯后的問題。

當然，這也是國內廠商的發展機會。從信息、產業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化。在AI、IoT、5G快速發展和即將商用的情況下，預計將帶來龐大的FPGA增量市場，而這也是國內廠商快速切入的時機。

據悉，紫光同創Titan系列FPGA產品采用40納米制程工藝，擁有超過2500萬門，Serdes速率為6.25Gbps，目前已經量產，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業發展的環境下，對于尚不夠強大的中國FPGA企業來說不失為黃金發展時機，如何把握機會快速做大做強將是對每一家企業的考驗。

全球FPGA市場發展前景展望

通常來說半導體產業是周期性行業，其周期一般為4到5年。但是隨著新技術和應用的快速發展，現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。FPGA也明顯符合這種規律。但不同的是，當ASIC和ASSP蕭條的時候，往往迎來FPGA的大發展。2008年以來的金融危機使得半導體行業平均跌幅大于10%，但是市場數據卻顯示FPGA行業依然強勁增長。危機和低迷使ASIC和ASSP制造者為謹慎起見，不敢貿然推出新產品，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，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。