自1985年第一片现场可编程逻辑器件（FPGA）问世至今，FPGA已经历了二十年的发展历史。在这二十年的发展过程中，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了惊人的发展：现场可编程逻辑器件从最初的1200门，发展到现在的几百万门，器件的集成度提高到一个新的水平。尤其是最近几年，FPGA的主要厂商Altera、Xilinx等不断更新优化产品架构和生产工艺，不断降低FPGA的功耗和系统成本，推出了很多高性能低价位的解决方案，将市场从传统的高端通信扩展到汽车和消费类电子产品。与此同时，FPGA也出现了一些不同的发展方向和趋势。
    2004年11月在硅谷，我见到了Altera公司的通信和CCI事务组资深副总裁Don Faria先生，他是可编程逻辑器件业内的一位先锋人物。早在20多年前，他就在HP担任ASIC的设计工程师，自1984年加入Altera以后，他在应用工程、产品计划、工具推广、客户推广和应用业务等部门都担任过管理职务，并拥有可编程逻辑器件的好几项专利。做为亲身经历甚至参与创造了可编程逻辑器件发展历史的人物之一，与他探讨可编程逻辑产品的发展再合适不过了。

    不断优化结构和工艺，拓展应用领域

    这几年来FPGA市场的飞速增长和一代代新工艺新产品的不断推出，给我印象极为深刻。FPGA产品的逻辑单元越来越多，性能越来越高，而单位成本和功耗却越来越低，这是因为FPGA厂商不断优化产品结构和采用更先进的生产工艺。现在FPGA厂商相继采用90nm的制造工艺生产新一代的FPGA产品。

    先进的90nm制造工艺在物理上达到了一个新的极限，这对于FPGA厂商来说是一个新的挑战。但是，克服了这一极限的挑战后，产品成熟量产，将大大降低FPGA的功耗和成本。Altera的Cyclone II器件就是采用90nm成熟的生产工艺，容量从4608至68416个逻辑单元(LE)，能够在0.35美元的逻辑上实现超过100MIPS的性能。Altera已经开始向65nm进军。Xilinx的Spantan-3系列也是采用90nm生产，5万门的价格仅为3.5美元，100万门的价格不到20美元，而400万门的价格低于100美元，兼具高性能、成品可用性以及低成本特点。

    随着ASIC的掩膜成本不断增加，具有极大灵活性和可编程性的FPGA器件，如果真正突破了成本、功耗等方面的瓶颈，可迅速将市场从传统的高端通信领域扩展到消费类电子市场。FPGA极有可能对ASIC市场造成威胁。对于这一点，Faria先生的看法是非常肯定的。“实际上，FPGA在除了通信之外的很多领域都有很好的市场前景，比如高端PC工作站、高端打印机、医疗设备、高档照相机、家庭和办公设备、汽车、数字电视及平板显示器等。”Faria先生尤其强调，高清LCD、DLP、PDP等平板显示产品将是FPGA产品一个新的市场热点，尤其是中国数字电视产业的起飞将给FPGA带来一个巨大的市场空间。

    集成更多IP模块，挑战DSP

    从本质上来讲，FPGA更象一个应用平台，客户可根据自己的需要在平台上做自己的设计和产品定义。随着各种不同的新应用层出不穷，复杂性越来越大，客户对速度、功能、效率的要求越来越高，因此FPGA也将集成越来越多的IP模块和功能，比如高速I/O口、收发器、更大的存储器以及DSP模块。

    既然集成了DSP模块，会不会对传统的DSP市场造成威胁呢？Faria先生给我展示了BDTI(Berkeley Design Technology，著名的DSP评估公司)对集成了DSP模块的FPGA与传统DSP在性能上所作的比较和评估。这个报告指出，同样的价格下，Altera的Stratix系列能够处理的接收器通道比高端的DSP处理器高几十倍以上，Stratix具有很高的存储器密度和带宽，这是DSP应用中非常重要的特性，意味着很高的片上数据带宽。看来集成了模块的FPGA在某些方面确实拥有比DSP更好的性能。但业内一些专业人士也指出，就目前的技术发展情况来讲，FPGA想要真正对DSP 的市场构成威胁恐怕绝非易事。尽管FPGA的成本不断下降，但相对DSP来说，它的封装及总成本仍然昂贵，想要从高端市场走入低端应用尚需时日。另一方面，DSP阵营也在不断朝多内核、可编程方向发展，简单紧凑的结构和优秀的实时处理能力恐怕也不是复杂的FPGA可以马上企及的。是否能够对DSP构成真正挑战，我们还要拭目以待。

    解决量产问题，实现规模应用

    “量产”是分隔FPGA和ASIC市场的关键词语之一。ASIC结构完全固化，成本低，是适合大规模量产的芯片结构；而FPGA可编程，灵活性高，一直以来都是用作建模的平台，设计经过验证后基本都要移植到ASIC进行量产。这两个处在对立面的产品，现在看来似乎有相互融合的趋势。
FPGA厂商并不甘心将自己的市场仅局限于原型设计，他们推出了解决FPGA在成本和量产方面的解决方案，以逾越这条横亘在FPGA面前的鸿沟。结构化ASIC是方案之一。Altera的Hardcopy方案是一套典型的结构化ASIC方案。最近推出的HardcopyII方案通过改变映射方法，只保留了FPGA原型内有用的逻辑单元，从而大大减小芯片尺寸、功耗和成本。用户无需额外的设计就能快速移植到ASIC量产。结构化ASIC给市场带来了新的增长。Gartner Dataquest预测结构化ASIC市场将从2002年的110万美元增加到2007年的8.48亿美元。

    但也有人称，结构化ASIC也存在一些不足之处。在设计初期，结构化ASIC可能对降低成本有所帮助，但不利于IC设计公司自身技术的积累和长期成本的降低。

    Xilinx推出的Easypath方案（客户专用FPGA）是另一种解决量产问题的方式。Xilinx称，Easypath方案与标准的FPGA没有本质的不同，只是采用了专利的测试技术和客户专用的测试样本来提升FPGA的效率，因为无需经历任何转换工作，对于客户来说是没有风险的。

    QuickLogic也于今年1月新推了ESP业务，其目标市场与赛灵思的EasyPath有些类似，只是产品内部结构不同于FPGA。

    与这三家公司不同，Actel和Lattice并没有选择这种“中间路线”，而是坚定不移地发展FPGA。Actel推出ProASIC3/E系列，解决了300万门以下FPGA市场的量产问题。Lattice则表示，将专注于FPGA，重点在于推动可编程器件的成本下降。

    各个厂商采用的降低成本推动FPGA量产的方案各不相同，但目的只有一个，就是实现FPGA的规模应用。到底哪一个方案会占据主流，现在还难以定论。

    作为一个基于高端技术的行业，FPGA的发展前景显然是非常广阔的，业内的专家们不拘泥于固有的平台，新的设计思路和方法不断涌现，新的应用市场不断拓展，而挑战则意味着更大的机遇，这绝对是一个非常值得关注和期待的行业。