FPGA（FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）是一種可通過重新編程來實現(xiàn)用戶所需邏輯電路的半導體器件。
FPGA 硬件三大指標：制程、門級數(shù)及 SERDES 速率，配套 EDA 軟件工具同樣重要。比較 FPGA 產(chǎn)品可以從技術(shù)指標入手。從 FPGA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，主要包括：可編程輸入/輸出單元（I/O）、可編程邏輯塊（LC）、 完整的時鐘管理（CMT）、嵌入塊式 RAM（BRAM）、布線資源、內(nèi)嵌的底層功能單元和專用硬件模塊等。
FPGA在專用ASIC的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，不但繼承了ASIC的大規(guī)模、高集成度、高可靠性等優(yōu)點，同時克服了一般ASIC設計周期長、投資大、靈活性差等缺點，是復雜數(shù)字硬件電路設計的首選。
相對于ASIC，F(xiàn)PGA具有3點優(yōu)勢：
1、可編輯，更靈活
2、產(chǎn)品上市時間短，節(jié)省了 ASIC 流片周期
3、避免一次性工程費用，用量較小時具有成本優(yōu)勢。
1）靈活性：通過對 FPGA 編程，F(xiàn)PGA 能夠執(zhí)行 ASIC 能夠執(zhí)行的任何邏輯功能。FPGA 的獨特優(yōu)勢在于其靈活性，即隨時可以改變芯片功能，在技術(shù)還未成熟的階段，這種特性能夠降低產(chǎn)品的成本與風險，在 5G 初期這種特性尤為重要。
2）上市時間：由于 FPGA 買來編程后既可直接使用，F(xiàn)PGA 方案無需等待三個月至一年的芯片流片周期，為企業(yè)爭取了產(chǎn)品上市時間。
3）成本：FPGA 與 ASIC 主要區(qū)別在 ASIC 方案有固定成本而 FPGA 方案幾乎沒有，在使用量小的時候，F(xiàn)PGA 方案由于無需支付一次性百萬美元的流片成本，同時也不用承擔流片失敗風險，F(xiàn)PGA 方案的成本低于 ASIC，隨著使用量的增加，F(xiàn)PGA 方案在成本上的優(yōu)勢逐漸縮小，超過某一使用量后，ASIC 方案由于大量流片產(chǎn)生了規(guī)模經(jīng)濟，在成本上更有優(yōu)勢。
4）技術(shù)趨勢：制程迭代驅(qū)動 33 年發(fā)展，平臺型產(chǎn)品是未來。
1985 年賽靈思發(fā)明 FPGA 以來，其容量提高了一萬倍以上，速度提高了一百倍以上，價格和能耗縮小了一千倍以上。受到先進制程迭代的推動，F(xiàn)PGA 的架構(gòu)不斷更新。1985 年，Xilinx 公司推出了全球第一款 FPGA 產(chǎn)品 XC2064，采用 2μm 工藝，包含 64 個邏輯模塊和 85,000 個晶體管，門數(shù)量不超過 1000 個。對比 2016 年賽靈思發(fā)布的 VIRTEX UltraScale，16nm 制程，系統(tǒng)邏輯單元最高達378 萬個。FPGA 制程迭代在提高算力的同時降低了功耗，減小了芯片面積，推動了 FPGA 的性能提升。
未來，在技術(shù)趨勢上，制程迭代+平臺產(chǎn)品將是未來產(chǎn)品發(fā)展方向。我們?nèi)匀豢春孟冗M制程帶給 FPGA 的性能提升，同時新的產(chǎn)品形態(tài)（平臺型產(chǎn)品）的出現(xiàn)讓FPGA 性能有了進一步提升的可能。
FPGA應用場景多
?民用方面，F(xiàn)PGA在通訊、工業(yè)控制、人工智能等方面應用廣泛。
?通信領(lǐng)域，在通訊協(xié)議經(jīng)常變化和升級的情況下，市場很難快速推出成熟的5G的ASIC芯片，得益于可編程的靈活性以及低延時性，F(xiàn)PGA具有獨特優(yōu)勢。
?工業(yè)控制領(lǐng)域，F(xiàn)PGA大量應用在視頻處理、圖像處理、數(shù)控機床等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)信號控制和運算加速功能。人工智能領(lǐng)域，F(xiàn)PGA會與CPU搭配，把CPU的部分數(shù)據(jù)運算卸載至FPGA，將部分需要實時處理/加速定制化的計算交由FPGA執(zhí)行，起到CPU加速卡的作用。
?由于FPGA具有集成度高、設計周期短、投資小、靈活性好的特點，因此在軍工領(lǐng)域的應用也較為廣泛。在彈載方面，F(xiàn)PGA可進行數(shù)據(jù)的接收和傳遞；
?在機載方面，F(xiàn)PGA可完成數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)生各類信號、計算當前飛機相對本地接收天線的方位和距離、與DSP實時交換數(shù)據(jù)、上傳報表等功能；
?在軍用門禁控制類方面，可用于人員的指紋識別等工作；此外，F(xiàn)PGA還可以內(nèi)置加密解密電路，通過對配置數(shù)據(jù)進行不可逆加密，從而加密、解密數(shù)據(jù)。
細分板塊需求增長，整體規(guī)模持續(xù)擴大
從全球市場來看，由于FPGA靈活性高、開發(fā)時間短，其應用場景覆蓋工業(yè)控制、網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)中心等多種類型，市場規(guī)模不斷擴大。
未來隨著通信市場的擴張，以及工業(yè)控制等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)力，市場規(guī)模有望從2022年的79.4億美元增長到2025年的125.8億美元，3年CAGR為16.58%。
從國內(nèi)市場來看，F(xiàn)PGA的使用場景可拆分為工業(yè)領(lǐng)域、通信、消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車、人工智能等，市場規(guī)模有望從2022年的208.8億元增長到2025年的332.2億元，3年CAGR為16.74%。
從各個細分板塊來看，通信領(lǐng)域是FPGA市場最重要的組成部分。
一方面，F(xiàn)PGA芯片運算速度可以有效滿足通信領(lǐng)域高速的通信協(xié)議處理需求；另一方面，在通訊協(xié)議暫未規(guī)范，ASIC芯片不適合大規(guī)模普及的情況下，F(xiàn)PGA芯片又可依靠其高度的靈活性以適應通信協(xié)議持續(xù)迭代。
現(xiàn)階段，F(xiàn)PGA已經(jīng)開始在通信行業(yè)大規(guī)模普及，隨著市場份額的擴大以及FPGA芯片在市場的不斷推廣，未來3年通信領(lǐng)域有望始終占據(jù)國內(nèi)40%以上的市場份額，規(guī)模從2022年的86.7億元增長到2025年的140.4億元，3年CAGR為17.43%。
工業(yè)領(lǐng)域方面，F(xiàn)PGA芯片廣泛應用于視頻處理、圖像處理、數(shù)控機床等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)信號控制和運算加速。
受益于工業(yè)智能化、無人化的發(fā)展，F(xiàn)PGA芯片高效能、高靈活性、設計周期短的特點使其在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應用。
此外，LED顯示屏控制系統(tǒng)是需要融合計算機控制技術(shù)、視頻技術(shù)、光電子技術(shù)、通信技術(shù)等多學科技術(shù)，主流的LED顯示屏多以FPGA芯片或FPGA芯片與其他芯片結(jié)合，作為主控芯片。
數(shù)據(jù)中心是FPGA的新興市場，用來在網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施上傳遞、加速、展示、計算、存儲數(shù)據(jù)信息。
相比于CPU，F(xiàn)PGA的體系結(jié)構(gòu)決定其能夠同時提供強大的計算能力和足夠的靈活性；相比于GPU，F(xiàn)PGA具有低延遲及高吞吐的優(yōu)點；相比于ASIC，F(xiàn)PGA在研發(fā)周期、性能、靈活性等方面可以達到出色的平衡。
在云計算大面積應用的背景下，未來數(shù)據(jù)中心對芯片性能的要求進一步提高，F(xiàn)PGA芯片在數(shù)據(jù)中心芯片中的價值占比也將提升。
FPGA卡推薦
針對特定領(lǐng)域和應用，光潤通也推出了自己專業(yè)的FPGA板卡，以PCIe擴展卡的方式進行部署，兼容國內(nèi)外各種類型的系統(tǒng)和設備，自主可編程，驅(qū)動代碼自主設計且開源，具有FPGA可編程等特點，以適應目標應用的需要。
光潤通GXL-902E-V1.0是基于Xilinx以太網(wǎng)芯片XC7A50T的一款千兆雙光口以太網(wǎng)適配器，支持PCIe x4接口，支持雙SFP光口，預留FPGA編程接口，滿足用戶可根據(jù)實際環(huán)境進行定制化需求方案，可用于數(shù)據(jù)中心，安全領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集處理。標準PCI Express全高板，適用于普通服務器、工作站。
作為加速云數(shù)據(jù)中心的重要組件，F(xiàn)PGA卡已經(jīng)開始了它在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的廣泛使用。除了像微軟、亞馬遜這樣的大型云服務提供商之外，F(xiàn)PGA卡也逐漸開始進入其他類型和規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，并在大數(shù)據(jù)處理、AI、網(wǎng)絡功能加速等領(lǐng)域扮演者重要的角色。
未來的智能硬件必然不是像智能手機一樣的全球通用標準品，而是會根據(jù)不同應用場景進行差異化細分。如果在產(chǎn)品設計中引入FPGA，充分借助其可編程的定制化優(yōu)勢，拓展靈活創(chuàng)新的功能，則有望在智能硬件浪潮中占據(jù)先機。
