FPGA什么意思？优劣势有哪些？应用领域一览

2023-04-27 19:30:07 作者：C-C 2721

1 什么是FPGA

FPGA也叫现场可编程门阵列，其全称是Field-Programmable Gate Array)，在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是基于通用逻辑电路阵列的集成电路芯片，无论是CPU、GPU、DSP、Memory还是各类ASIC芯片，在芯片被制造完成之后，其芯片的功能就已被固定。但FPGA芯片的功能并未固定，具体功能是在制造完成以后由用户根据自身的实际需求进行功能配置，从而将空白的FPGA芯片转化为具有特定功能的集成电路芯片。每颗FPGA芯片均可以进行多次不同功能配置，实现不同的功能，所以叫“现场可编程”。

FPGA

2 FPGA的构成

FPGA芯片由可编程的逻辑单元(Logic Cell，LC)、输入输出单元(Input Output Block，IO)和开关连线阵列(Switch Box，SB)三个部分构成，通过将这些硬件资源合理组织，可实现乘法器、寄存器、地址发生器等硬件电路。用户配置通过FPGA专用EDA软件实现，软件接受用硬件描述语言描述的用户功能，编译生成二进制位流数据，最后将位流下载到芯片中实现用户描述的功能。

3 FPGA优势

(1)可编程，灵活性高：通过对FPGA编程,FPGA能有效帮助企业降低投资风险及沉没成本，在5G初期这种特性尤为重要。此外，FPGA还可在不同的业务需求之间灵活调配,以放大经济效益。

(2)可并行工作，效率高：CPU、 GPU需按流程顺序完成数据处理,而FPGA是典型的硬件逻辑，各硬件逻辑可同时并行工作，大幅提升数据处理效率,尤其在执行重复率较高的大数据量处理任务时，FPGA优势明显

(3)产品上市周期短：FPGA买来编程后即可直接使用,FPGA方案无需等待三个月至一年的芯片流片周期,为企业争取了产品上市时间.

(4)用量较小时有成本优势：ASIC等方案有固定成本，而由于FPGA方案无需支付高额的流片成本，也不用承担流片失败风险，对于小批量多批次的专用控制设备,FPGA方案的成本低于ASIC等方案，具有成本优势。

4 FPGA劣势

(1)成本：如果ASIC流片量大,实现同样逻辑的FPGA成本将是ASIC的10倍以上。以5万片流片为零界点,低于5万片的小批量多批次的专用控制设别(如雷达、航天飞机等高价值、批量相对较小、多通道计算的专用设备)采用FPGA更加经济划算。

(2)功耗：FPGA中的芯片的面积比ASIC更大，这是因为FPGA厂商并不知道下游的具体需求应用,故在芯片中装入规模巨大的门电路

(3)编程设计：FPGA的发展中，软件将占据60%的重要程度。除了考虑芯片架构,编程设计时还要考虑应用场景多样性、复杂性和效率，FPGA编程需要采用的专用工其进行HDL编译，再烧录至FPGA中、其技术门槛非常高.

5 FPGA的应用领域

(1)新应用、抢首发领域：技术迭代快、上市周期较快的领域，如5G基站、智能手机、消费电子等

(2)国防安全领域：在使用量低于10万片的小批量专用领域(如雷达、航天飞机这些高价值、批量相对较小等国防安全专用设备)。