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集成電路芯片包括數(shù)字芯片和模擬芯片兩大類，數(shù)字芯片可以分為存儲(chǔ)器芯片和邏輯芯片，大家熟知的邏輯芯片一般包括 CPU、GPU、DSP等通用處理器芯片，以及專用集成電路芯片ASIC。今天要介紹的是一種特殊的邏輯芯片——FPGA芯片。

  FPGA芯片是什么意思

  FPGA(Field Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，1985年由 Xilinx 創(chuàng)始人之一Ross Freeman發(fā)明。FPGA的誕生時(shí)間晚于摩爾定律約20年，但FPGA自發(fā)明后，發(fā)展之快超乎想象，且目前FPGA已是全球領(lǐng)先的先進(jìn)工藝。

  按照官方的解釋，FPGA 是一種在PAL(可編程邏輯陣列)、GAL(通用陣列邏輯)、CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)等傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種半定制電路，主要應(yīng)用于ASIC(專用集成電路)領(lǐng)域，既解決了半定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

FPGA和CPU、GPU、ASIC的芯片等核心區(qū)別是其底層邏輯運(yùn)算單元的連線及邏輯布局未固化，用戶可通過(guò) EDA 軟件對(duì)邏輯單元和開(kāi)關(guān)陣列編程，進(jìn)行功能配置，從而去實(shí)現(xiàn)特定功能的集成電路芯片。

  fpga是什么意思？

  FPGA芯片可以每隔幾秒就改變芯片上的運(yùn)行硬件設(shè)計(jì)，而像CPU、ASIC等芯片則在出廠的時(shí)候就已經(jīng)固化，無(wú)法進(jìn)行改變。如果說(shuō)ASCI、CPU和GPU等是建好的樓房，樓房中房間、走廊及樓梯等路線方式已經(jīng)固定了，那么FPGA的內(nèi)部就類似霍格沃茲中的魔法樓梯，可以隨時(shí)改變房間到房間的路線關(guān)系。

  此外，FPGA不需要像CPU和GPU在軟件應(yīng)用層面的指令系統(tǒng)編譯，對(duì)FPGA進(jìn)行編程是使用硬件描述語(yǔ)言，并直接編譯燒錄為晶體管電路的組合，也就是直接用晶體管電路實(shí)現(xiàn)用戶的算法。

  FPGA最大的特點(diǎn)就是靈活，實(shí)現(xiàn)你想實(shí)現(xiàn)的任何數(shù)字電路，可以定制各種電路。減少受制于專用芯片的束縛，真正為自己的產(chǎn)品量身定做，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以靈活的更改設(shè)計(jì)，具有現(xiàn)場(chǎng)可編程性，因此特別適用于需求物理運(yùn)算邏輯需要持續(xù)更迭的應(yīng)用領(lǐng)域，例如人工智能算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)中心應(yīng)用等。

  智能電動(dòng)車是未來(lái)汽車行業(yè)的主流發(fā)展方向，目前汽車相機(jī)以及傳感器中FPGA的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，在自動(dòng)/智能駕駛汽車的人工智能系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA的適用度將是最為契合的用于處理越來(lái)越復(fù)雜的 ADAS和自動(dòng)駕駛。2014年，F(xiàn)PGA芯片的國(guó)際龍頭賽靈思的芯片被14家汽車制造商采用，并設(shè)計(jì)成29款車型，到 2018 年，賽靈思芯片解決方案已擴(kuò)大到29家汽車制造商的111款車型中。

  在通信領(lǐng)域，5G通信基站數(shù)量增多，而且單個(gè)基站FPGA用量提升，帶動(dòng) FPGA 需求量增大。根據(jù)測(cè)算，5G單基站FPGA用量有望從4G時(shí)期的1-3塊提升到5G時(shí)期的4-5 塊，5G基站中FPGA價(jià)值量比4G基站多大約1000美元。

  根據(jù) MRFR的統(tǒng)計(jì)，2013年全球FPGA的市場(chǎng)規(guī)模在45.63億美元左右，中國(guó) FPGA 芯片市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)上升，從2016年的65.5億元增長(zhǎng)至2020年的 150.3 億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)23.1%。

  隨著目前5G時(shí)代的進(jìn)展以及AI的推進(jìn)速度加快，F(xiàn)PGA芯片將加速放量。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，中國(guó)FPGA市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步提升至332.2億元，2021-2025 年的復(fù)合增長(zhǎng)率為17.1%，高于全球FPGA市場(chǎng)的10.85%。