FPGA技術(shù)及其發(fā)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，F(xiàn)PGA技術(shù)以其本身特有的現(xiàn)場修改、現(xiàn)場設(shè)計和現(xiàn)場體驗及現(xiàn)場實現(xiàn)優(yōu)勢特點，慢慢的受到各電子應(yīng)用行業(yè)設(shè)計人員的高度關(guān)注和喜好。各個國家的EDA公司都在EDA工具的基礎(chǔ)上開發(fā)FPGA應(yīng)用接口，由此促進FYGA應(yīng)用通用性的有效實現(xiàn)。在此前提下，一些微電子公司，以其本身所特有的技術(shù)優(yōu)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(chǎn)品。

1 FPGA技術(shù)介紹

FPGA技術(shù)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(chǎn)品當中獲得大量應(yīng)用。FPGA技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)重新配置和擴展體系結(jié)構(gòu)，可以當作標準處理器芯片算法的協(xié)助性處理器。因為FPGA技術(shù)本身特有的高密性和現(xiàn)場編程功能，可以讓電路設(shè)計中的很多工作都能在計算機上完成。由于輔助CAD技術(shù)，所以能夠讓產(chǎn)品開發(fā)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(fā)出規(guī)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(tǒng)設(shè)計人員的青睞，現(xiàn)已成為電路系統(tǒng)中較突出的新型電路。FPGA技術(shù)的功能是由用戶編程所控制的，在其外部接口不發(fā)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(shè)備的開發(fā)。因為其使用簡單，較易更改邏輯功能，這一優(yōu)勢正好與現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展相匹配，因此，在國外的很多科研項目當中都已應(yīng)用FPGA技術(shù)。FPGA器件結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與門陣列電路比較相近，芯片內(nèi)部是由分布陣列的編程邏輯單元塊所構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)發(fā)展

2.1 FPGA技術(shù)的大容量低電壓低功耗發(fā)展

FPGA技術(shù)的大容量是其發(fā)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(chǎn)品的快速發(fā)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(chǎn)品，均都向著這個方向發(fā)展。

2.2 FPGA技術(shù)系統(tǒng)高密化發(fā)展

伴隨生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，產(chǎn)品成本的逐漸降低，現(xiàn)在FPGA技術(shù)的應(yīng)用已不在只適合用在系統(tǒng)接口器件的現(xiàn)場集成，則可以將其靈活的應(yīng)用在系統(tǒng)的設(shè)計當中。在此前提下，國際上的FPGA生產(chǎn)廠家，在高密度FPGA技術(shù)的發(fā)展過程中，重點關(guān)注的是：FPGA技術(shù)的IP硬核與軟核?，F(xiàn)時期，對于IP內(nèi)核系統(tǒng)FPGA的開發(fā)，重點表現(xiàn)在：（1）FPGA生產(chǎn)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(jīng)過測試和檢驗及定義的IP核，高效的實現(xiàn)復雜芯片系統(tǒng)的設(shè)計[2]。

2.3 FPGA技術(shù)與ASIC技術(shù)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(shè)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(xiàn)場編程，然而其體積比較大、能力不足、功耗要比ASIC大。所以，F(xiàn)PGA與ASIC需相互融合，這樣才可以相互補充。伴隨ASIC生產(chǎn)商所給出的編程邏輯標準單元，F(xiàn)PGA制造商需重新對其進行優(yōu)化和調(diào)整。

2.4 FPGA技術(shù)的動態(tài)化重組

動態(tài)化重構(gòu)FPGA指的是在相應(yīng)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(tǒng)動態(tài)重構(gòu)邏輯功能。對數(shù)字時序邏輯系統(tǒng)來說，動態(tài)可重組FPGA其時序邏輯的形成并不是通過調(diào)整芯片區(qū)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(tài)重組而達成的。動態(tài)可重構(gòu)式的FPGA，在器件編程中具備其特有的功能和特點，內(nèi)部邏輯模塊與內(nèi)部連線的變化能夠利用讀取SRAM數(shù)據(jù)來達成邏輯重構(gòu)，其時間通常處于納秒級，有利于FPGA邏輯功能實現(xiàn)動態(tài)重構(gòu)[3]。

3 結(jié)束語

總體來說，伴隨半導體技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，F(xiàn)PGA器件集成度與性能都在快速提升，通過使用FPGA技術(shù)來完成電子線路的設(shè)計與制造，現(xiàn)已是一種非?？煽堪踩闹匾侄?，在信號處理、工業(yè)控制、圖象處理、網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸?shù)阮I(lǐng)域當中得到了廣泛應(yīng)用，在未來FPGA技術(shù)必定會取替ASIC技術(shù)獲得不斷發(fā)展，同時也一定會促進數(shù)字化時代更高層的發(fā)展。