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我尽一杯，与君发三愿：一愿世清平，二愿身强健，三愿临老头，数与君相见。——《白居易》 全面解析 FPGA 基础知识 FPGA (Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列。它是在 PLA、PAL、 GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领 域中的一种半定制电路，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有 限的缺点。 1、 FPGA 简介 FPGA 普遍用于实现数字电路模块，用户可对 FPGA 内部的逻辑模块和 I/O 模块重新 配置，以实现用户的需求。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件 的功能可以像软件一样通过编程来修改。可以毫不夸张的讲，FPGA 能完成任何数字器件 的功能，下至简单的 74 电路，上至高性能 CPU ，都可以用FPGA 来实现。FPGA 如同一 张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法 ，或是硬件描述语言自由的设 计一个数字系统。 2、FPGA 发展史 FPGA 的发展历史如下图所示。相对于 PROM、PAL/GAL、CPLD 而言 ，FPGA 规模 更大性能更高。 良辰美景奈何天，便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷，似水流年。——《汤显祖》 常将有日思无日，莫待无时思有时。——《增广贤文》 图 1 FPGA 发展史 FPGA 芯片主流生产厂家包括 Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi ，其中前两家的市 场份额合计达到 88%。目前 FPGA 主流厂商全部为美国厂商。国产 FPGA 由于研发起步较 美国晚至少 20 年，目前还处于成长期，仅限于低端，在通信市场还没有成熟应用。 2015 年 12 月，Intel 公司斥资 167 亿美元收购了 Altera 公司。Altera 被收购后不久 即制定了英特尔处理器与 FPGA 集成的产品路线图。这两种产品集成的好处是可以提供创 新的异构多核架构，适应例如人工智能等新市场的需求，同时能大幅缩减功耗。 人之为学，不日进则日退，独学无友，则孤陋而难成；久处一方，则习染而不自觉。——《顾炎武》 古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。——苏轼 图 2 FPGA 在电信领域的应用历史 FPGA 在航天、军工、电信领域有非常成熟和广泛的应用。以电信领域为例，在电信 设备一体机阶段，FPGA 由于其编程的灵活性以及高性能被应用网络协议解析以及接口转 换。 在 NFV(NetworkFunction Virtualization 阶段，FPGA基于通用服务器和 Hypervisor 实现网元数据面 5 倍的性能提升，同时能够被通用 Openstack 框架管理编排。 在云时代，FPGA 已经被作为基本 IaaS 资源在公有云提供开发服务和加速服务，AWS、 华为、 BAT 均有类似通用服务提供。 截至目前， Intel 的 Stratix 10 器件已被成功应用于微软实时人工智能云平台 Brainwave 项目。 3、两家主流 FPGA 公司发展近况 Xilinx 聚焦芯片领先和丰富的加速解决方案 ，通过开放策略获得主流云平台支持 ，确 立了其在数据中心的领先地位。其 UltraScale+系列 FPGA 领先友商 1 年多 ，使其在云平 一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。——《增广贤文》 谋事在人，成事在天！——《增广贤文》 台竞争中占领先机，其 VU9P 器件被大量应用于包括 AWS、Baidu、Ali、Tencent 及华为 在内的多家公司的云计算平台。 为满足加速器领域对 FPGA 芯片日益递增的性能需求，Xilinx 已发布面向数据中心的 下一代 ACAP 芯片架构、推出 7nm Everest 器件。此器件已不属于传统的 FPGA ，它集成 了 ARM、DSP、Math Engine 处理器阵列等内