FPGA芯片(技术)发展现状及应用调研
1引言
1.1背景
1.2FPGA简介
FPGA全称是现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array),结构是什么？
有哪些分类？
基本的作用？
1.3比较
MS 把 CPU，GPU，FPGA 和 ASIC 放在 Flexibility VS Efficiency的角度进行对比，这个也是我们经常使用的方法。再次强调，灵活性（通用性）一定意味着效率的损失，反之亦然[2]
这几个相比的优缺点又各是什么
1.4国家战略
中国从2006年到2020年实施的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》[3]中，明确指出重点领域中的第7条信息产业与服务业，要重点发展集成电路及关键元器件。集成电路及芯片是计算机的核心部件，随着中美两国在科技上的竞争愈加激烈，为遏制我国电子信息产业向高端、核心领域发展，如中兴华为大疆等高科技公司接连被美国制裁。实现核心技术和装备的国产化和自主可控已上升到国家战略层面。
FPGA国产化是实现集成电路国产化的重要一环，同时也作为十二五核高基重大专项——千万门FPGA设计，2发展历史
FPGA是PAL(可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)、PLD(可编程逻辑器件)等可编程器件的基础上发展起来的。
FPGA与ASIC(专用集成电路)、GPU(中央处理器)的比较
[5]ASIC芯片尺寸小、功能强、功耗低，但其设计复杂，并且由批量要求
FPGA价格较低廉，能现场编程，但体积大、能力有限且功耗比ASIC大
2.1起源
可编程电路发展历程1、20世纪70年代 基于与或阵列的PLD(可编程逻辑器件)
特点：结构简单，只能实现用少量乘积项表示的小规模电路2、1984年 Altera公司制造出紫外线可擦写的EPLD
特点：可重复编程3、1985年 Lattice公司制造出电可擦写的GAL
特点：设计灵活、高速、低功耗和改写迅速方便等4、1985年 Xilinx公司制造出FPGA
特点：结合PLD可编程性与MPGA(掩膜可编程门阵列)通用连线结构，因而具备可编程性和高逻辑密度。
中国FPGA技术的追赶历程列出引用文献
1、反向研制
2、正向研制
3、完备化的正向研制
据不完全统计显示，国内目前有以高云半导体、京微齐力、上海安路、紫光同创、AGM和上海复旦微电子等为代表的数家国产FPGA企业
国内研究文献大多从1992年开始出现FPGA技术的介绍
早先的介绍书籍 朱明程.FPGA 原理及应用设计
复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室
2004研制10万门针对数据通信的FPGA芯片“FDP100K”
成果转化-复旦微电子企业
2.2
(1)(embedded)eFPGA(嵌入式现场可编程门电路)
eFPGA思想由2014年王成诚博士等人提出，作者随后成立FlexLogix公司并将其商业化，(2)
2.3 FPGA的结构[5]
采用逻辑单元阵列的新概念，包括可配置逻辑模块(CLB)、输入输出模块(IOB)和内部连线三个部分
2.4 FPGA的设计流程
利用开发软件和编程工具对器件进行开发的过程,2.5 发展趋势[5]
2003年文章指出几点
1、大容量、低电压、低功耗FPGA2、系统级高密度FPGA3、FPGA与ASIC相互融合4、动态可重构FPGA
不仅在系统重新配置电路功能，而且在系统动态重构电路逻辑，比如对于时序逻辑系统，动态可重构FPGA的意义在于其时序逻辑的发生不是通过调用芯片内不同区域、不同逻辑资源来组合而成，而是通过对FPGA进行局部或全局的芯片逻辑的动态重构而实现的。
3发展现状
2014年[6]
三种编程方式的对比
3.1 企业
两大两小
Xilinx、Intel(Altera)、Lattice、Microsemi
Altera(被Intel收购)和Xilinx
深耕eFPGA也有前两个公司FlexLogic 和 QuickLogic
调研Xilinx公司产品系列
主流是28nm工艺，属于芯片产业中绝大多数的产品制程，而且国内上海微电子近年内已经突破28nm光刻机的研制，可以满足大部分的芯片替代生产需求。
Xilinx公司在28nm制程上推出7系列的四大类型芯片，覆盖低端中端高端市场，分别是Spartan系列（低端）、Artix系列（中低端）、Kintex（中高端）及Vertex系列（高端）产品。
系列 | 应用 |
Spartan7 | 汽车消费类应用，传感器融合人以及嵌入式视觉 |
Artix7 | 各类成本功耗敏感型应用，软件定义无线电、机器视觉照相及低端无线回传 |
Kintex7 | 3G/4G无线、平板显示器和video over IP解决方案 |
Vertex7 | 10G-100G联网、便携式雷达及ASIC原型设计 |
在20nm工艺上推出UltraScale系列
3.2 行业分析
2021年在倪光南院士的电子信息产业发展建议中[4]，整理了最新国产核心电子器件的研制进展
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4前景
4.1 应用前景
4.2 前沿进展
5总结
5.1优缺点分析
5.2启示
5.3可行的工作
由于FPGA与中央处理器的接口存在高延迟，高性能计算受限[1]
参考文献
[1]冯园园,张倩.嵌入式FPGA技术发展现状及启示[J].集成电路应用,2018, 35(08):1-4.[2]唐杉.可编辑门阵列FPGA在智慧云中的应用案例分析[J].集成电路应用.2018(01).[3]中华人民共和国国务院.国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）［EB/OL］.（2006-02-09）［2021-04-01］.http://
[4]倪光南,朱新忠.自主可控关键软硬件在我国宇航领域的应用与发展建议[J].上海航天(中英文).2021, 38(03):30-34.[5]陆重阳,卢东华.FPGA 技术及其发展趋势[J].微电子技术,2003,31(01):5-7.[6]Yang Haigang, Zhang Jia, Zhang Jia,etc.REVIEW OF ADVANCED FPGA ARCHITECTURES AND TECHNOLOGIES[J].JOURNAL OF ELECTRONICS(CHINA).2014,31(5).
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