FPGA是Field Programable Gate Array，翻譯過來叫現場可編程邏輯門陣列。這種芯片和CPU這種專用集成電路（ASIC）的最大區別就是，它是一種“柔性”的芯片，可以給它燒寫程序，不像CPU，芯片上這個部分干嘛，那個部分干嘛，在設計過程中就已經牢牢固化，一旦被光刻機透過掩膜完成刻蝕，這塊芯片的使命就算是定了。而FPGA不同，它是由千千萬萬個可配置的邏輯單元（CLB）組成，這是一種基于查找表（LUT）的結構，通過對SRAM組成的查找表內寫入不同的內容，來實現對FPGA的靈活配置。FPGA上的組成部分具體可以分為：可編程輸入輸出單元、可編程邏輯單元、完整的時鐘管理、嵌入塊狀RAM、布線資源、內嵌的底層功能單元和內嵌專用硬件模塊。各個CLB 之間的連接由一個兩層金屬線段的格柵組 成, 格柵的交叉連接通過配置程序控制特殊設計的傳 輸晶體管的通斷來實現, 從而形成分布在CLB 四周的 眾多可編程的互連點。
同一片FPGA在不同場景下發揮出不同的作用，而研發人員只需要用硬件語言HDL（Hardware Design Language）編程后將程序燒入FPGA就可以了。這樣的工作模式使得各種電子設備的硬件成本有了非常大的下降，因為小規模生產的產品可以直接使用FPGA，而不需要單獨開發一款ASIC。對于SoC設計領域，FPGA的出現也無疑是一個巨大的福音。芯片設計人員可以將電路通過HDL語言實現，寫入FPGA中，然后進行驗證。有任何BUG都可以在FPGA上先驗證完畢后再流片，從而大大降低SoC的設計成本；不然有CPU發現一點問題就要重新流片再驗證，那土豪也玩不起。FPGA在軍事、航天領域都有哪些用途？
因此在1984年Altera公司發布第一款FPGA后，就立刻得到了長足發展。FPGA應用范圍非常廣泛。比如在芯片設計領域的ASIC驗證，設計復雜實時的數據的運算處理和控制的場景都非常需要這款靈活和便于升級的芯片。面世至今，FPGA已經應用在了消費，汽車，通信，工業控制，宇航和軍事多個領域中，而這里面最先應用上FPGA的就是軍事和宇航領域。
FPGA在軍用領域尤其重要，多得最多的就是雷達，通信設備和電子戰設備，總之，只要涉及高速信號采樣的處理平臺，都繞不過這個東西。具體的應用比如相控陣雷達的時空二維濾波，合成孔徑雷達成像，巡航導彈的地形匹配和末端圖像匹配，紅外導彈的目標識別等等。我們就以有源相控陣雷達為例看看FPGA的作用。
現在有源相控陣雷達已經取代了其他種類的雷達成為了軍艦，戰斗機使用最多的雷達，誰家新開發的雷達要不是相控陣的都不要意思跟別人打招呼。相控陣雷達由許多個T/R器件組成，每個T/R其實都相當于一個模集成電路板，規模和你電腦上的一張聲卡，網卡不相上下，甚至更復雜。這也是相控陣雷達價格為啥如此昂貴的原因。一個T/R通常由3個MMIC和1個VLSI（Very-large-scale-integration）。其中2個MMIC負責雷達波的發送和接收，1個負責移相和可變放大，而VLSI則是T/R的大腦和心臟，負責大量數據的處理和信號控制，這里就要用到FPGA了，FPGA內可以寫入一些復雜的雷達處理算法，配合DSP可以實現波束控制，距離跟蹤，速度搜索，脈沖壓縮，波束寬帶信號的匹配濾波，合成孔徑等復雜功能。其運算能力不亞于一顆專用ASIC，但價格就要便宜的多了，而且一般情況下要想升級雷達，只需要升級算法重新編程即可。而x86通用處理器的算數邏輯運算單元數量較少，而且I/O引腳要么是PCIe，SATA，要么是內存接口，沒有多少什么可以用的單端控制信號，用在這樣的場景上顯得很不合適。
美國的雷達自然不必說，雷達用的都是自家的FPGA了。而在過去相當長一段時間內，其實像我國，俄羅斯，以及具有雷達研發能力的國家其實都繞不過美國的FPGA。比如俄羅斯米格-35上的“甲蟲”AESA雷達，這也是俄羅斯第一款機載有源相控陣雷達。受限于本國落后的電子技術，俄羅斯只能偷偷的用美國的芯片，不然就要到退回電子管時代了。
另一個FPGA在軍事應用的例子就是導彈的導引頭成像、識別的處理。現在的紅外導引頭，比如AIM-9X紅外格斗彈的成像分辨率是640X512，已經是一幅很清晰的圖像了，這時候需要FPGA通過運行圖像處理算法進行降噪，圖像變換，提取邊緣，濾波，提取特征等一些處理。經過處理后才可以判斷目標為飛機還是干擾彈。
FPGA同樣可以用于宇航用途，在衛星，空間站上的電子通信系統，高分辨率相機，空間探測器上同樣可以發揮作用，然而宇航級的FPGA比起商用級別的要苛刻的多，性能不一定最好，但要能夠抵抗來自宇宙的高能電磁波輻射和高能粒子輻射。目前宇航級別的FPGA做的最好的還是Altera和Xilinx，而且價格貴的十分離譜。在這個領域，美國一改商用FPGA的積極推銷，一片都不允許賣給中國和俄羅斯。比如XQR5VFX130-1CF1752V，這款芯片可以抗10級宇宙輻射，原廠賣3-4萬美元一片，但是國內有供應商報價400萬人民幣一片，價格是原先的10倍不止，原因就是美國壓根就不賣，而且還要嚴密封鎖。
而美國出口的用于芯片驗證的FPGA板也是價格不菲，一個板子搭配相關算法就可以賣幾十萬（不含稅）。關鍵是不買還不行，因為只有美國能做啊。我國的FPGA現狀和未來方向
FPGA最初主要作為一種軍事用途的芯片，而到了后來，隨著汽車電子，無線通信，物聯網，自動駕駛，異構計算并行計算，人工智能，甚至區塊鏈等領域的崛起，自然而然地又成為商用和工業領域不可或缺的重要元器件。英特爾在2015年大手筆收購了Altera公司，就是為了布局未來，為了可以在自動駕駛，人工智能，5G等領域有所建樹，以追求和高通的抗衡。目前全世界FPGA領域只有2個巨頭，一個是Xilinx，一個是Intel（收購的Altera），這兩家可以分走79?上的的市場份額，剩余3條小魚是Mircochip，Lattice，Quicklogic。Xilinx和Altera兩家給自有自己超全的產品線，Xilinx的產品從低端到高端有Spartan -> Artix -> Kintex -> Virtex系列，此外還有個帶ARM核的Zynq系列；Intel的Altera有Cyclone->Arria->Stratix系列。可以說客戶想得到的所有領域和細分市場，都能在他們那里找到對應型號。
目前我國的國產FPGA有高云、安路、京微齊力、上海復旦微、紫光同創和AGM等企業，但我們的市場份額只能在那12?找，而且也只占一部分，在民用市場中只能占據低端，近些年正向中端邁進。我們的FPGA邏輯門數量偏少，工藝較為落后。目前國產FPGA工藝普遍在45nm，55nm，而國際領先水平是28nm。
軍事和航天領域上，我們對高端FPGA的需求是迫切的，不能妥協的。軍艦，戰斗機上搭載的先進雷達離不開高端FPGA，否則性能就會極其平庸，在作戰中無法取得主動。國內的中電科和中電集團針對軍用級別的FPGA研發也做出了努力。去年，在一次軍民融合展會上，中國電科就展出了一款完全正向設計的3500萬門級別的FPGA，隨后中國電子也宣布成功設計出7000萬門的FPGA。按照xilinx邏輯門數量粗略計算，這兩款FPGA分別可以達到35萬CLB和70萬CLB，這個水平做到了xilinx高端Virtex系列的XC7V330T和XC7V690T的水平，相當于高端FPGA里的中等水平，但和最強的XC7V2000T的190萬CLB這個級別相比，還是有較大差距。這樣的成績倒也沒那么悲觀，而且未解密水平的可能還要更好一些；但在航天領域，我們的FPGA應該還有較大差距，否則就不會出現幾百萬一片美國FPGA買不到的情況。
未來我國的FPGA發展，仍然是要在工藝水平和設計水平上雙重追趕世界先進水平。除此之外，我們可以在嵌入式和神經網絡計算和其他專用計算上與FPGA融合的路線上發展，盡快適應未來產業的發展。
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