称心常识网什么是fpga，什么是fpga芯片？
提到“FPGA”，陆妹的心就可劲纠痛了，不知道你是否也有一样的感受。
今天先把那种五味陈杂的感受放在一边，我们一起聊聊这闹人心的“FPGA”。
首先，老规矩，走一波知识点：什么是“FPGA”
FPGA（Field－Programmable Gate Array）——即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
换个简单通俗的介绍方式，就好比一个全能运动员，游泳如孙杨、跨栏像刘翔、网球能力堪比李娜，FPGA就是这么神奇的可以通过设定而实现各种复杂的功能电路。
FPGA的核心优点：
可编程灵活性高、开发周期短、并行计算可编程灵活性高。同时FPGA也有自身的很多需要解决的问题。
FPGA限制因素：
成本、功耗和编程设计。
FPGA于1985年由xilinx创始人之一Ross Freeman发明，虽然有其他公司宣称自己最先发明可编程逻辑器件PLD，但是真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064为xilinx所发明，这个时间差不多比摩尔老先生提出著名的摩尔定律晚20年左右，但是FPGA一经发明，后续的发展速度之快，超出大多数人的想象，近些年的FPGA，始终引领先进的工艺。
可以说，FPGA是全球芯片设计业最需要技术和垄断突破的产品之一，在所有的芯片领域中属于最难以突破和打破格局的技术产品。
当今，半导体市场格局已成三足鼎立之势，FPGA，ASIC和ASSP三分天下。市场统计数据表明，FPGA已经逐步侵蚀ASIC和ASSP的传统市场，并处于快速增长阶段。
01
国外
我们先从国外说起，（这里又让陆妹忍不住的暗自神伤）FPGA巨头都在美国：Xilinx，Altera，Actel，Atmel，Avago，Cyprss。而Xilinx、Altera、LatTIce三家厂商营收始终位于全球前三甲，每年的营收、净利润增长以及毛利率都相对稳定，
全球FPGA市场几乎被xilinx和Altera垄断 。
1、Xilinx
成立于1984年，首创了FPGA技术。产品线也包括CPLD，某些特殊控制上CPLD比FPGA速度快，但其提供的逻辑资源较少。目前满足了全世界对FPGA产品一半以上的需求。
2、Altera（Intel）
成立于1983年，硅谷。是世界上”可编程芯片系统（SOPC）“解决方案倡导者。Altera结合带有软件工具的可编程逻辑技术，IP和技术服务，为客户提供解决方案。
3、Actel
成立于1985年，美国纽约。前二十年效力于美国军工和航空领域，并禁止对外出售。目前开始转向民用和商用，推出了反熔丝系列，可重复擦除的ProASIC3系列。
4、Lattice
成立于1983年，俄列冈州，1985年在特拉华州重组。在上海设有研发中心。莱迪思提供FPGA，PLD，FPSC，CPLD等产品。提供解决方案，包括瞬时上电操作，安全性和节省空间的单芯片解决方案等可编程逻辑期间。
5、Atmel
系统集成方面拥有世界级专业知识和经验，保证最小的开发延期和风险。其产品包括微处理器，可编程逻辑芯片，非易失性存储器，安全芯片等。
02
国内
回到国内来看，目前中国IC厂商在FPGA这个细分领域和国外巨头的差距远远比其他领域要大。
FPGA技术门槛非常高，核心技术只掌握在及其少数的公司手上，而且xilinx和atlera手头握有6000多项专利，对后进者形成很高的技术壁垒，国内厂商要么和国外巨头专利交叉授权，要么花钱买专利，但当前我们并没有多少专利可以和xilinx和altera进行交叉许可，购买难度更大，这不仅仅是资金的问题。从canyon bridge收购lattice被美国否决来看，凡涉及到美国国家安全的高新技术公司，我国是不可能通过收购来获得的，lattice在行业内充其量是第二团队尚且如此，业界领先的企业我国更难获得。
国内FPGA的发展只能靠自主，虽然这个过程可能会很漫长，但除此之外没有更好的选择。芯片的自主设计是实现信息安全的最底层保障。这也是为什么与信息处理相关的基础芯片（手机芯片、PC处理器等）需要实现自制的原因。在目前FPGA的技术和供给几乎全部来源于美国，包括欧洲和日本等技术强国也没有掌握到核心技术。
虽然中国目前的发展存在严重滞后的问题。但是，这也是国内厂商的发展机会。
1、国微电子（军方）
深圳同方国芯子公司国微电子是国产军用IC最大供应商，提供机载、星载、弹载、舰载等计算机系统以及通讯、信安等领域的整体芯片解决方案。2008 年至今承接超大规模可编程逻辑器件(FPGA)、创新结构的大容量存储器等国家“核高基”重大专项项目达九项，现已经成为我国特种集成电路重点骨干企业。
2、771/772所（军方）
由于涉及国家机密原因，这里就不能多做笔墨。但是可以明确的一点是，现在中国航天航空级FPGA芯片供货大户是771，772这两所，这两家都有FPGA事业部和流片的生产线。
3 复旦微电子/复旦微电子学院（军方）
复旦微电子学院应该算国内比较少的自主研发FPGA的研究机构，不过它家的东西是只供应军方的，但是军方有多少东西在用就不得而知了。两家已经展开合作，其自主可控的FPGA器件与配套软件系统取得重要突破，与复旦微电子集团股份有限公司紧密合作建立了“FPGA创新团队”，协同加大力度攻关千万门级FPGA器件的技术难题。
4、华微电子
成都华微电子科技有限公司，是国家”909”工程集成电路设计公司和国家首批认证的集成电路设计企业，隶属于中国电子信息产业集团，以芯片设计为主，辅以电子应用产品开发、技术服务。公司具备90纳米CMOS、0.18微米Bi-cmos及BCD先进制程的数字模拟混合信号设计技术，可编程逻辑器件、A/D、D/A、模拟电路及接口电路的系列产品方面在国内具有领先优势。
5、北京京微雅格Agate
2005年成立，这个公司主要有两条产品线：自主研发的，面向中低端市场的金山系列；收购美国CSwitch的产品线，面向高速通信市场。配套软件Primace。
产品型号：M7华山系列；HR3纯FPGA低功耗系列；M5金山系列；M1衡山系列。
6、上海安路科技
2011年成立，公司的创始人及核心运营团队由来自世界著名的FPGA公司和EDA公司的海内外高级技术、运营管理人才，以及学术界资深FPGA专家组成，从业经验均超过10年。IC-CHINA 2016”芯品发布会上，EAGLE系列EAGLE-20 FPGA芯片产品正式发布。
7、紫光同创国芯
2013年成立的同创国芯做为同方国芯的子公司，秉承同方国芯十年前开始的对FPGA产业的布局与投入，专注FPGA研发生产与销售。经过两年多努力，2015年发布的Titan系列产品，是我国第一款自主千万门级的高性能FPGA，从此打破国外技术的垄断局面。2015年紫光收购同方国芯。致力于高端市场。
8 广东高云FPGA(Gowin)
2014年初成立，广东高云半导体科技股份有限公司，以55nm级别以上的FPGA芯片为主导产品的集成电路企业，定位中高端和中等规模的FPGA芯片。2016年已完成中低密度的产品布局。其中1万-100万门非易失产品系列，采用台积电55纳米嵌入Flash工艺，产品直接竞争AlteraMAXV10和LatticeXO2/3；100万门-500万门易失性FPGA产品，采用台积电55nm基于SRAM，可与XillinxSpartan及AlteraCyclone系列PK。
产品型号：GW1N-1K，GW1N-9K，gw2a-18K，gw2a-55K，gw3s-50，gw3s-100。
9 西安智多晶微电子
FPGA产品销量超百万，荣获 IC CHINA 2016 优秀参展产品奖。11月10日，第十四届中国国际半导体博览会暨高峰论坛在上海新国际博览中心W5馆闭幕。在闭幕仪式上，由智多晶自主研发的FPGA产品Sealion 2000系列 (12k LUTs)，从同类别FPGA芯片中脱颖而出荣获“IC China 2016优秀参展产品奖”。拥有前Lattice设计的留学生团队。
对于中国而言，国家促进集成电路发展已经提升至国家战略。同时特殊的应用场景（军工、导弹、航天航空）的要求的FPGA，国外对中国是禁运的，这也从另一方面促成国内FPGA自制的契机。目前，国内生产的FPGA主要用于军工、通讯、航空航天等领域。
在民用领域，国内是FPGA需求最大的市场，现在Xilinx、Altera最大的客户就在中国，通讯市场华为中兴烽火包揽了全国60%以上的量。中国FPGA的发展红利在于需求市场足够大，有需求就要有相应产品来支持。这对于国内厂家就是机会，目前，同方国芯片已经和华为中兴合作，想实现一部分的国产替代。
从技术角度来说，我们已经不像10年前基本不懂核心技术。国内半导体产业链的不断成熟完善，以及芯片设计能力的不断加强，我们自己可以自主设计和流片ARM架构的手机CPU（海思麒麟、大唐联芯），并成功实现商业化，这在10年前都不敢相信。在我们在过去积累的技术沉淀和创新能力，已经使得我们在FPGA的特定应用领域（军工、通讯）实现一定程度上的自我供给。未来也可能类似于CPU+FPGA用于云数据中心节中，这些应用领域都是信息高度敏高的地方，使用自主设计的芯片更能实现安全可控。
03
FPGA的未来
作为一种可编程逻辑器件，FPGA在短短二十多年中从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心。伴随半导体工艺技术的进步，FPGA器件的设计技术取得了飞跃发展及突破。
根据权威市场调研机构Gartner数据显示，2014年全球FPGA市场总规模达到50亿美金，其中，中国的市场份额有15亿美金，中国市场占全球市场的三分之一。分析机构预计2015年至2020年全球FPGA市场的年复合增长率为9%，到2020年全球FPGA 市场规模将达84亿美金。
通过FPGA器件的发展历程来看，
今后仍将朝下以下几个方向发展：
· 高密度、高速度、宽频带、高保密；
· 低电压、低功耗、低成本、低价格；
· IP软/硬核复用、系统集成；
· 动态可重构以及单片集群；
· 紧密结合应用需求，多元化发展。
此外，集成了FPGA 架构、硬核CPU 子系统（ARM/MIPS/MCU）及其他硬核IP 的芯片已经发展到了一个“关键点”，它将在今后数十年中得到广泛应用，为系统设计人员提供更多的选择。例如，以应用为导向，在受专利保护的FPGA平台架构上无缝集成特定功能模块，以形成具备行业竞争优势（高性价比）的独特产品。
最后，请允许陆妹借用一位IC界大佬的深度感悟作为本文的结尾。
1.大家为什么对于技术的追求会停留下来。因为对于很多人来说，等到技术产生产品并融到资金后，实现技术积累到资本积累了。技术再产生的价值短时间内比资本产生的价值会慢很多，多数人会从技术上转向资本市场。这样一遍遍反反复复，所以能看到在技术达到一定的平台后会长时间的原地踏步，后来者也会跟随前面人的脚步。
2.所谓的产业扶持，切不可本末倒置和打着旗帜反革命。芯片不简单的是需要资本的支撑，因为不完善与不合理的资本炒作反而会使的行业在潮水退去后一地鸡毛。芯片更多的属于技术积累型行业，所有的产品和参数都需要技术员工在工作中不断地去突破和思考，而对于这样一群工程师来说，报酬如果不匹配劳动支出，行业内的技术人才出走与流失是再自然不过的事情了。因此，产业的扶持不仅仅是资本对公司层面的支撑，更需要落实到一个个基层中的技术员工。
3.芯片行业起步容易，往上层走会很难。芯片做到一定程度后，不再是简单的技术积累能解决的，一定需要对物理和数学有比较深的认知，在整个高的角度去处理基础难点，而这对人才的需求地要求是非常高的。
4.市场需求端，任何一种芯片从推出到应用，需要几代产品的更迭。国内芯片起步晚，产品性能和国外差距较大，因此会形成一种困局：国内应用端不用国内产品，国内产品更迭跟不上会导致公司倒闭或者产品无法持续更新。国外芯片行业干了几十年，技术路线上的坑和陷阱被先行者填补了很多，而芯片行业并不存在后发优势，之前别人留下的坑还会继续存在哪里，甚至还需要去避免国外厂商在探索过程中申请的成千上万的知识产权保护新增的坑。
5.芯片行业的国产化任重而道远，我们需要在整个过程中慢慢的去探索。急功近利和空喊口号只不过给了投机分子空间可钻。呵护芯片行业同时也要提升技术人员的福利。
好啦，今天先聊到这里喽。
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网友提问：
什么是fpga，什么是fpga技术？
FPGA是什么意思？
优质回答：
FPGA，现场可编程门阵列(Field Programmable Logic Device)，可编程逻辑器件的一种。它可以由用户来进行编程和配置，进而用来解决各种不同的逻辑设计问题。
可编程器件发展的初期主要是用来解决存储问题，随着后来的发展转向各种逻辑应用。在结构、工艺、集成度、功耗、速度等方面有了很大的提高和改进。
可编程逻辑器件的发展阶段
我们一起来了解一下可编程逻辑器件的发展历史。
可编程逻辑器件的发展主要经历以下几个阶段：
早期的可编程逻辑器件，早期的PLD主要是用来解决各种存储问题，如可编程只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除存储器（EPROM）、电可擦除存储器（EEPROM），由于结构限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。
结构上稍微复杂的可编程逻辑器件，80年代初期，AMD公司和Lattice公司先后推出了各自的可编程逻辑器件，主要为可编程逻辑器件（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）、可编程逻辑器件（PLA）等等，这些PLD在设计上有很强的灵活性，可以实现速度性能较好的逻辑功能，但它们结构简单，只能实现小规模的电路设计。
复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD)和现场可编程门阵列(Field Programmable Logic Device)，这类器件的体系结构和逻辑单元灵活、集成度高、适用范围广。这类器件兼容了PLD和通用门阵列的优点，具备实现大规模电路设计的能力，编程也灵活，开发周期短、设计成本低、开发工具成熟、质量可靠，因此被大规模使用。
FPGA芯片内部结构
目前大部分的FPGA仍是基于查找表（LUT）技术，但是随着版本的升级，代与代之间的基本功能差别很大，在现在的FPGA内部，整合了很多常用功能（如RAM、时钟管理 和DSP）的硬核（ASIC型）功能模块。
图一 FPGA芯片的内部结构
图一给出一个通用的内部结构模型，实际上不同系列的FPGA，内部的结构都不尽相同。但是从上图我们可以看出，FPGA芯片的主要部分由6大模块，分别为：可编程输入输出单元（IOB）、基本可编程逻辑单元（CLB）、数字时钟管理（DCM）、嵌入块式RAM（BRAM）、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。
目前FPGA具备的功能
经过这么多年的发展，目前的FPGA已经具备了以下的功能：
支持模数转换和数模转换；
采用片内锁相环，支持高速时钟，减少信号的畸变，时钟可以复用；
有丰富的布线资源；
在片内有分布RAM和块RAM；
包含独立的快速逻辑进位模块，有专门的乘法器；
逻辑功能块的局部布线和相互间的通用布线，可以精确的预测网线的延时；
I/O模块有快速的I/O驱动、寄存的输入输出、三态使能控制等控制特性。
FPGA的发展方向
随着微电子技术的快速发展，速度更快、集成度更高的FPGA在不断出现，结构和工艺的提高，使FPGA的资源越来越丰富，可实现的功能越来越强大。
所以FPGA有如下的发展趋势：
向更高密度、更大容量迈进；
朝着低成本、低电压、低功耗、微封装方向发展；
IP资源复用得到普遍的认同并成为主要的设计方式；
MCU、DSP、MPU等嵌入式处理器IP成为FPGA应用的核心。
FPGA在神经网络方面的应用
近两年，随着AI、神经网络技术等产业的迅猛发展，对计算力的要求越来越高，因为FPGA具有资源丰富、配置灵活以及DSP、MCU等IP集成到一起的巨大优势，所以基于FPGA的NN加速器的研究和产业化，十分火热。比如微软的Bing搜素业务等就使用了基于FPGA的NN加速器。
但是FPGA价格较贵，所带来成本上的压力，在一定上面，可能会抑制它的更大规模的使用。
小结
FPGA作为可以让用户来进行编程和配置，进而用来解决各种不同的逻辑设计问题的器件，在各种新型技术兴起的前期（之前的大数据、如今的神经网络），都表现出了非常好的活力，它降低了新兴技术研究的成本，加快了新兴技术研究的速度，在整个技术演进道路上，扮演着举足轻重的角色。
关于FPGA相关内容，我写了《浅谈FPGA技术》、《浅谈FPGA芯片结构》等多篇文章，详细介绍了FPGA的工作模式、硬件架构等内容，如果有兴趣，欢迎加关注“单眼皮老王”，阅读相关文章，更欢迎和我讨论。
希望回答会对你有所帮助，感谢。
