設(shè)計(jì)師們最有發(fā)言權(quán)，他們認(rèn)為二十一世紀(jì)最具決定性的集成電路技術(shù)就是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA），而傳統(tǒng)門陣列和結(jié)構(gòu)陣列技術(shù)將退居到特殊的大批量應(yīng)用。 無(wú)論是用來(lái)完成關(guān)鍵功能還是直接作為系統(tǒng)核心，今天的FPGA所提供的性能、成本、功耗和容量都已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)此前專用IC或?qū)Ｓ脴?biāo)準(zhǔn)器件（ASSP）的水平。

　　可編程硬件的可配置特點(diǎn)不僅具備產(chǎn)品差異化和快速上市等傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)當(dāng)批量達(dá)不到足以支持開發(fā)專用IC成本的時(shí)候還可以加快投資回報(bào)速度。 在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和金融形勢(shì)同時(shí)惡化的情況下，先進(jìn)的FPGA技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)到了一個(gè)引爆點(diǎn)。由于風(fēng)險(xiǎn)管理以及適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)形勢(shì)的能力對(duì)于企業(yè)生存變得越來(lái)越關(guān)鍵，對(duì)于電子系統(tǒng)生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，硬件可編程能力已經(jīng)必不可少。

　　產(chǎn)品和技術(shù)復(fù)雜性不斷提高，同時(shí)開發(fā)周期卻越來(lái)越短，預(yù)算也更為緊張。因此，要做到真正的靈活應(yīng)變，開發(fā)團(tuán)隊(duì)還需要新的設(shè)計(jì)方法和工具。 賽靈思公司 Virtex?-6 和 Spartan?-6 FPGA系列的推出為“目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)”（targeted design platforms）奠定了硬件基礎(chǔ)，同時(shí)也是賽靈思公司致力于為設(shè)計(jì)小組提供強(qiáng)大開發(fā)工具和方法支持而努力的成果。新的平臺(tái)將進(jìn)一步加快可編程邏輯在一系列終端市場(chǎng)中的應(yīng)用速度，這些終端市場(chǎng)包括汽車、消費(fèi)和有線/無(wú)線通信，以及航空航天和國(guó)防領(lǐng)域。

更廣泛的FPGA應(yīng)用模式

　　最近由電子工程專輯（EE Times）雜志的 Piper Jaffray以及Kirtland 空軍基地FPGA任務(wù)保證中心（FPGA Mission Assurance Center）進(jìn)行的最新研究證實(shí)了業(yè)界人士的直覺(jué)判斷： 門陣列、結(jié)構(gòu)化ASIC和基于單元的ASIC產(chǎn)品應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入停滯期，而在所有類別中FPGA替代這些產(chǎn)品的情況都很普遍。 門陣列產(chǎn)品的趨勢(shì)特別明顯，65%的受調(diào)查者認(rèn)為門陣列的使用將保持穩(wěn)定，而12.8%的人則認(rèn)為會(huì)大大減少。與此相比，72%以上的人認(rèn)為FPGA的使用將大幅增加，僅有27%的人認(rèn)為將會(huì)保持穩(wěn)定。 沒(méi)有人認(rèn)為FPGA的使用會(huì)減少。

　　過(guò)去幾年時(shí)間里，賽靈思已經(jīng)從全球市場(chǎng)發(fā)展過(guò)程中感受到了這一趨勢(shì)，公司在工業(yè)、消費(fèi)以及汽車等市場(chǎng)的營(yíng)收均有大幅增長(zhǎng)。 同時(shí)，FPGA在中國(guó)和歐洲被更廣泛地應(yīng)用于下一代無(wú)線通信系統(tǒng)之中。2006年開始推出的Virtex-5 FPGA系列正在成為賽靈思公司銷售額最大的Virtex系列。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，無(wú)論是從事消費(fèi)產(chǎn)品還是工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)，都報(bào)告說(shuō)正在考慮將FPGA用于多種應(yīng)用之中。這部分是由于開發(fā)和生產(chǎn)專用IC的成本不斷飆升。 現(xiàn)在，FPGA已經(jīng)從最初主要應(yīng)用于原型設(shè)計(jì)逐漸延伸到最終產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。 對(duì)于專用IC開發(fā)來(lái)說(shuō)，其成本回收需要銷售大量的器件才可接受。 不然，相對(duì)較高的單件成本， FPGA器件與專用IC之間的成本差異就不是那么重要了。

　　隨著FPGA被應(yīng)用于新的基帶無(wú)線和圖像處理系統(tǒng)，使用FPGA的工程師群體也在擴(kuò)大。 20世紀(jì)90年代，FPGA的用戶群體幾乎主要由硬件設(shè)計(jì)師構(gòu)成。 今天，豐富的IP內(nèi)核和用戶友好的EDA工具使得系統(tǒng)集成人員、DSP開發(fā)人員，甚至嵌入式軟件工程師采用FPGA進(jìn)行創(chuàng)新變得更為容易。 在FPGA用戶方面，Piper-Jaffray的研究表明73%的用戶在從事嵌入式設(shè)計(jì)。調(diào)查過(guò)程中74%的人在其從事的項(xiàng)目中采用了嵌入式處理器。硬內(nèi)核處理器，特別是Power 架構(gòu)的嵌入式處理器，處于領(lǐng)先地位。同時(shí)賽靈思Microblaze? 處理器這樣的可綜合軟內(nèi)核處理器也在快速發(fā)展。

　　沒(méi)有哪個(gè)領(lǐng)域能夠比航空航天和國(guó)防領(lǐng)域使用可編程邏輯更為廣泛了。 軍用合同商中轉(zhuǎn)向FPGA解決方案的速度如此之快，數(shù)量如此之多，以致于空軍研究實(shí)驗(yàn)室（Air Force Research Labs）在新墨西哥的Kirtland空軍基地專門新成立了FPGA任務(wù)保證中心（FPGA Mission Assurance Center ）。 推動(dòng)主承包商和分承包商們采用FPGA的因素包括：更大成本競(jìng)爭(zhēng)力、軍用航空航天系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的不斷演化以及安全、空間通信和航空電子學(xué)對(duì)可重新編程能力的需要。 盡管Piper-Jaffray調(diào)查中回答明年將會(huì)雇傭更多FPGA設(shè)計(jì)人員的比例達(dá)到42%，但航空航天和國(guó)防行業(yè)的這一數(shù)字卻達(dá)到了48%。

可編程技術(shù)勢(shì)在必行

　　在2001年的經(jīng)濟(jì)低迷時(shí)期，產(chǎn)品開發(fā)的趨勢(shì)就很普遍。如今的2008-2009年，面對(duì)經(jīng)濟(jì)和商業(yè)形勢(shì)的雙重危機(jī)，這種趨勢(shì)更加變得勢(shì)不可擋。 2009年每家企業(yè)最熟悉的口頭禪就是 “少花錢多辦事”，這意味著員工數(shù)量減少、預(yù)算緊張、市場(chǎng)窗口縮小以及產(chǎn)品生命周期更短。 同時(shí)，企業(yè)首席財(cái)務(wù)官（CFO）更強(qiáng)調(diào)降低風(fēng)險(xiǎn)。這也意味著企業(yè)在財(cái)務(wù)上更為保守，必須更為小心地限制在新市場(chǎng)中的投資。 此外，要求新產(chǎn)品開發(fā)人員還必須要不斷增加亮點(diǎn)，例如新產(chǎn)品，即使是功能更豐富了，也必須在成本和功耗方面展示出更多優(yōu)勢(shì)。 面對(duì)更強(qiáng)烈的產(chǎn)品差異化需求和更為緊張的預(yù)算，設(shè)計(jì)人員看起來(lái)真有點(diǎn)無(wú)所適從。

　　現(xiàn)在，轉(zhuǎn)向可編程解決方案的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。 在FPGA行業(yè)的早期，可編程邏輯主要用于系統(tǒng)外圍，做為I/O系統(tǒng)或第二層控制子系統(tǒng)的膠合連接邏輯。 今天，FPGA已經(jīng)應(yīng)用于系統(tǒng)的核心。 當(dāng)FPGA被用于中心控制或數(shù)字信號(hào)處理（DSP）任務(wù)時(shí)，所有的系統(tǒng)差異都可在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)。 即使是FPGA僅僅作為標(biāo)準(zhǔn)CPU或DSP的配角時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的許多亮點(diǎn)可能也是通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)?/font>FPGA能夠大幅提升性能和功能。 無(wú)論是在哪種情況下，FPGA的角色都在改變系統(tǒng)中IC設(shè)計(jì)的方式。

　　在當(dāng)前企業(yè)普遍面臨財(cái)務(wù)困難的時(shí)候，轉(zhuǎn)向FPGA在財(cái)政上的可行性更大。 現(xiàn)在的工程預(yù)算很難平衡傳統(tǒng)專用IC設(shè)計(jì)流程不斷增長(zhǎng)的沉沒(méi)工程（NRE）成本。 FPGA提供了比任何專用IC設(shè)計(jì)方式更低的設(shè)計(jì)成本。

　　事實(shí)上，當(dāng)賽靈思CEO Moshe Gavrielov說(shuō)到“可編程技術(shù)勢(shì)在必行”（the programmable imperative）的時(shí)候，他實(shí)際的含義是指當(dāng)前的形勢(shì)幾乎強(qiáng)制要求從傳統(tǒng)ASIC轉(zhuǎn)移到可編程解決方案。 對(duì)于傳統(tǒng)門陣列和基于單元的ASIC來(lái)說(shuō)，隨著每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)，其NRE成本都飛速增長(zhǎng)。 例如，從90nm 發(fā)展到 65nm 工藝，傳統(tǒng)ASIC設(shè)計(jì)的前期成本大幅提高。 行業(yè)研究企業(yè)iSuppli 報(bào)告說(shuō)傳統(tǒng)ASIC營(yíng)收在整體邏輯IC營(yíng)收中的比例從2000年的32%下降到了2008年的20%。 在當(dāng)前的金融形勢(shì)下，甚至ASSP的開發(fā)商也面臨巨大的壓力，特別是當(dāng)特定器件所針對(duì)的終端市場(chǎng)也形勢(shì)不妙的情況下更是如此。

　　當(dāng)然，傳統(tǒng)ASIC并不會(huì)明天就消失。 ASIC面向的是產(chǎn)量極高的穩(wěn)定產(chǎn)品。 然而，單靠最終產(chǎn)品數(shù)量的增長(zhǎng)，即使是批量達(dá)到數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)，也無(wú)法負(fù)擔(dān)ASIC掩膜成本。從90nm到32nm，ASIC掩膜成本從約100萬(wàn)美元飆升到了約1200萬(wàn)美元。 對(duì)于EDA工具供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，為了跟上工藝技術(shù)的發(fā)展需要投入更多研發(fā)資源，因此服務(wù)于專用架構(gòu)的EDA工具價(jià)格也上升很快。 另一方面，現(xiàn)在的FPGA使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)企業(yè)或部門能夠不必直接負(fù)擔(dān)IC開發(fā)的成本就可以充分利用先進(jìn)的工藝技術(shù)所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。

　　FPGA的成本優(yōu)勢(shì)并不限于原始設(shè)計(jì)。在FPGA中轉(zhuǎn)換和重新實(shí)現(xiàn)過(guò)時(shí)的ASSP產(chǎn)品，FPGA同樣顯示出其成本優(yōu)勢(shì)。 將現(xiàn)有設(shè)計(jì)或升級(jí)后的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為FPGA，開發(fā)人員將會(huì)發(fā)現(xiàn)隨工藝節(jié)點(diǎn)的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代更容易。 采用可編程架構(gòu)，通過(guò)增加新的功能能夠大幅延長(zhǎng)最終產(chǎn)品的實(shí)際貨賀壽命。

　　特別是在消費(fèi)產(chǎn)品等快速變化的市場(chǎng)中，技術(shù)驅(qū)動(dòng)以及通用接口或處理標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的應(yīng)用非常明顯。在這些市場(chǎng)中采用FPGA能夠更好地體現(xiàn)出FPGA的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。 盡管在某些基于陣列和單元的技術(shù)中也有可重用IP內(nèi)核，但其更適用于FPGA產(chǎn)品，并且更容易擴(kuò)展應(yīng)用于不同產(chǎn)品線。 這樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門一方面可以解決不斷攀升的設(shè)計(jì)復(fù)雜性難題，同時(shí)還可以為系列產(chǎn)品中的每種產(chǎn)品都提供豐富的特色。

　　市場(chǎng)需求的快速變化也進(jìn)一步突破了PFGA的實(shí)力和優(yōu)勢(shì)。 當(dāng)前的時(shí)代，其標(biāo)志就是產(chǎn)品生命周期大大縮短，市場(chǎng)窗口更為窄小。而與傳統(tǒng)ASIC相比，FPGA產(chǎn)品需要的開發(fā)時(shí)間更短。 例如，在消費(fèi)領(lǐng)域，平均產(chǎn)品壽命原來(lái)是3到5年，而現(xiàn)在縮短到了一年甚至更短。 甚至在通信、軍事航天等垂直市場(chǎng)，此前長(zhǎng)達(dá)20年的典型產(chǎn)品生命周期現(xiàn)在也縮短到10年或更短。 易變的終端用戶興趣和需求所帶來(lái)的挑戰(zhàn)也使得FPGA的可重新編程能力更受設(shè)計(jì)人員青睞。FPGA的可重新編程能力意味著能夠在產(chǎn)品生命周期過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行修改。

　　事實(shí)上，消費(fèi)市場(chǎng)產(chǎn)品（如LCD顯示和機(jī)頂盒等）開發(fā)的不確定性幾乎使得FPGA成為產(chǎn)品中必需使用的器件。 除了焦點(diǎn)群體和一對(duì)一消費(fèi)調(diào)查研究以外，系統(tǒng)生產(chǎn)商發(fā)現(xiàn)很難提前預(yù)測(cè)6個(gè)月或6年后的產(chǎn)品升級(jí)要求。 因此，許多生產(chǎn)商開發(fā)產(chǎn)品時(shí)都是基于通用的低成本FPGA解決方案也開發(fā)一組核心功能。 利用FPGA作為實(shí)現(xiàn)功能差異化（如協(xié)議支持和圖像處理）的關(guān)鍵單元，生產(chǎn)商現(xiàn)在擁有了更大的靈活性，能夠在開發(fā)過(guò)程中進(jìn)行修改并隨時(shí)滿足不斷出現(xiàn)的新市場(chǎng)需求。