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FPGA发展到头了吗?看FPGA经历的几个时代

本文摘要:FPGA器件自问世以来,早已经过了几个有所不同的发展阶段。驱动每个阶段发展的因素都是工艺技术和应用于市场需求。 正是这些驱动因素,造成器件的特性和工具再次发生了显著的变化。FPGA经历了如下几个时代:·发明者时代·拓展时代·累积时代·系统时代赛灵思于1984年发明者了世界首款FPGA,那个时候还不叫FPGA,直到1988年Actel才让这个词流行起来。

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FPGA器件自问世以来,早已经过了几个有所不同的发展阶段。驱动每个阶段发展的因素都是工艺技术和应用于市场需求。

正是这些驱动因素,造成器件的特性和工具再次发生了显著的变化。FPGA经历了如下几个时代:·发明者时代·拓展时代·累积时代·系统时代赛灵思于1984年发明者了世界首款FPGA,那个时候还不叫FPGA,直到1988年Actel才让这个词流行起来。接下来的30年里,这种取名为FPGA的器件,在容量上提高了一万多倍,速度提高了一百倍,每单位功能的成本和能耗减少了一万多倍(闻图1)。

图1:与1988年的赛灵思FPGA特征对比。价格和功耗减少一万倍。这些变革主要由工艺技术所驱动,而且人们很更容易指出FPGA的发展只是随着工艺的发展非常简单地减小了容量。

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只不过并没这么非常简单。确实的故事要精彩得多。发明者时代:1984-1992年首款FPGA,即赛灵思XC2064,只包括64个逻辑模块,每个模块所含两个3输出查询表格(LUT)和一个寄存器。按照现在的计算出来,该器件有64个逻辑单元——严重不足1000个逻辑门。

尽管容量较小,XC2064晶片的尺寸却十分大,比当时的微处理器还要大;而且使用2.5微米工艺技术勉强能生产出有这种器件。每功能的晶片尺寸和成本至关重要。XC2064只有64个触发器,但由于晶片过于大,成本高约数百美元。产量对大晶片来说是超强线性的,因此晶片尺寸减少5%就不会让成本刷一倍,让良率降到零,同时也造成初期的赛灵思无产品可卖。

成本掌控某种程度是成本优化的问题;堪称牵涉到公司存活问题。在成本压力下,FPGA架构师谋求通过架构和工艺创意来尽量提升FPGA设计效率。尽管基于SRAM的FPGA是可重编程的,但是片上SRAM占有了FPGA大部分的晶片面积。

基于反熔丝的FPGA以壮烈牺牲可重编程能力为代价,防止了SRAM存储系统片上标记面积过大问题。


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