FPGA:二十二年從配角到主角

時間：2007-08-01 10:24:34

關(guān)鍵字： FPGA BSP Xilinx 可編程邏輯

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[導(dǎo)讀] 任何一個從事后看來很成功的新事物從誕生到發(fā)展壯大都不可避免地經(jīng)歷過艱難的歷程并可能成為被研究的案例，F(xiàn)PGA也不例外。1985年，當(dāng)全球首款FPGA產(chǎn)品——XC2064誕生時，注定要使用大量芯片的PC機(jī)剛剛走出硅谷的

任何一個從事后看來很成功的新事物從誕生到發(fā)展壯大都不可避免地經(jīng)歷過艱難的歷程并可能成為被研究的案例，FPGA也不例外。1985年，當(dāng)全球首款FPGA產(chǎn)品——XC2064誕生時，注定要使用大量芯片的PC機(jī)剛剛走出硅谷的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入商業(yè)市場，因特網(wǎng)只是科學(xué)家和政府機(jī)構(gòu)通信的神秘鏈路，無線電話笨重得像磚頭，日后大紅大紫的BillGates正在為生計而奮斗，創(chuàng)新的可編程產(chǎn)品似乎并沒有什么用武之地。

事實(shí)也的確如此。最初，F(xiàn)PGA只是用于膠合邏輯，從膠合邏輯到算法邏輯再到數(shù)字信號處理、高速串行收發(fā)器和嵌入式處理器，F(xiàn)PGA真正地從配角變成了主角。在以閃電般速度發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)里，22年足夠改變一切。“在未來十年內(nèi)每一個電子設(shè)備都將有一個可編程邏輯芯片”的理想正成為現(xiàn)實(shí)。

從2μm到65nm

1985年，Xilinx公司推出的全球第一款FPGA產(chǎn)品XC2064怎么看都像是一只“丑小鴨”——采用2μm工藝，包含64個邏輯模塊和85000個晶體管，門數(shù)量不超過1000個。22年后的2007年，F(xiàn)PGA業(yè)界雙雄Xilinx和Altera公司紛紛推出了采用最新65nm工藝的FPGA產(chǎn)品，其門數(shù)量已經(jīng)達(dá)到千萬級，晶體管個數(shù)更是超過10億個。一路走來，F(xiàn)PGA在不斷地緊跟并推動著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步——2001年采用150nm工藝、2002年采用130nm工藝，2003年采用90nm工藝，2006年采用65nm工藝。

在上世紀(jì)80年代中期，可編程器件從任何意義上來講都不是當(dāng)時的主流，雖然其并不是一個新的概念?？删幊踢壿嬯嚵?PLA)在1970年左右就出現(xiàn)了，但是一直被認(rèn)為速度慢，難以使用。1980年之后，可配置可編程邏輯陣列(PAL)開始出現(xiàn)，可以使用原始的軟件工具提供有限的觸發(fā)器和查找表實(shí)現(xiàn)能力。PAL被視為小規(guī)模/中等規(guī)模集成膠合邏輯的替代選擇被逐步接受，但是當(dāng)時可編程能力對于大多數(shù)人來說仍然是陌生和具有風(fēng)險的。20世紀(jì)80年代在“megaPAL”方面的嘗試使這一情況更加嚴(yán)重，因?yàn)椤癿egaPAL”在功耗和工藝擴(kuò)展方面有嚴(yán)重的缺陷，限制了它的廣泛應(yīng)用。

然而，Xilinx公司創(chuàng)始人之一——FPGA器件的發(fā)明者RossFreeman認(rèn)為，對于許多應(yīng)用來說，如果實(shí)施得當(dāng)?shù)脑?，靈活性和可定制能力都是具有吸引力的特性。也許最初只能用于原型設(shè)計，但是未來可能代替更廣泛意義上的定制芯片。事實(shí)上，正如Xilinx公司亞太區(qū)營銷董事鄭馨南所言，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA由配角到主角，很多系統(tǒng)設(shè)計都是以FPGA為中心來設(shè)計的。FPGA走過了從初期開發(fā)應(yīng)用到限量生產(chǎn)應(yīng)用再到大批量生產(chǎn)應(yīng)用的發(fā)展歷程。從技術(shù)上來說，最初只是邏輯器件，現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)平臺概念，加入數(shù)字信號處理、嵌入式處理、高速串行和其他高端技術(shù)，從而被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。

“過去20年來，PLD產(chǎn)品的終極目標(biāo)一直瞄準(zhǔn)速度、成本和密度三個指標(biāo)，即構(gòu)建容量更大、速度更快和價格更低的FPGA，讓客戶能直接享用?！盇ctel公司總裁兼首席執(zhí)行官JohnEast如此總結(jié)可編程邏輯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展脈絡(luò)。

當(dāng)1991年Xilinx公司推出其第三代FPGA產(chǎn)品——XC4000系列時，人們開始認(rèn)真考慮可編程技術(shù)了。