可程序化逻辑门阵列 又名：FPGA

　　1 拼音

　　kě chénɡ xù huà luó jí mén zhèn liè

　　2 英文

　　FPGA, Field Programmable Gate Array

　　3 解释

　　FPGA是“可程序化逻辑门阵列”英文缩写。是一个含有可编辑元件的半导体设备，可供使用者现场程式化的逻辑门阵列元件。“可程序化逻辑门阵列”又称“元件可编程逻辑门阵列”。

　　4 概要

　　目前以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。

　　FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，而且消耗更多的电能。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。在一些技术更新比较快的行业，FPGA几乎是电子系统中的必要部件，因为在大批量供货前，必须迅速抢占市场，这时FPGA方便灵活的优势就显得很重要。

　　5 与CPLD的比较

　　另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。

　　早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可以编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。

　　CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让它可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

　　CPLD和FPGA另外一个区别是大多数的FPGA含有高层次的内置模块（比如加法器和乘法器）和内置的存储器。一个因此有关的重要区别是很多新的FPGA支持完全的或者部分的系统内重新配置。允许他们的设计随着系统升级或者动态重新配置而改变。一些FPGA可以让设备的一部分重新编辑而其他部分继续正常运行。 [1]

　　6 基本组成

　　SRAM - 基于静态内存static memory技术。系统内可编程化和再程式化（re-programmable）。须要外部启动元件（external boot devices）. CMOS。

　　Antifuse - 可烧录一次。通常为 CMOS。

　　PROM(OTP EPROM) - 可编程化只读内存技术，可烧录一次。使用塑料封装，无窗，不能清除内容。

　　EPROM - 可清除可编程化只读内存技术，有窗，经紫外线照射可清除内容。

　　EEPROM - 可电气清除可编程化只读内存技术，可用电气讯号清除内容。

　　Flash - Flash-erase EEPROM technology.

　　Fuse - 可烧录一次。通常为 Bipolar。

　　7 厂商

　　Xilinx 和 Altera 是目前 FPGA 的领导厂商

　　Lattice Semiconductor 提供有 SRAM 以及 non-volatile, flash-based FPGAs.

　　Achronix Semiconductor 有非常快 FPGAs 在开发中

　　8 处理器技术

　　架构

　　ISA : CISC · EDGE · EPIC · MISC · OISC · RISC · VLIW · ZISC · 哈佛结构 · 冯纽曼架构 · 4位元 · 8位元 · en:12-bit · en:16-bit · en:18-bit · en:24-bit · en:31-bit · 32位元 · en:36-bit · en:48-bit · 64位元 · en:128-bit

　　并行

　　指令管指令管线化· In-order & out-of-order execution · Register renaming · Speculative execution

　　Level Bit · Instruction · 超标量 · Data · 任务并行

　　Threads多执行绪· 同步多执行绪 · 超执行绪 · 超级线程

　　费林分类法

　　sisd· SIMD ·misd· MIMD

　　类别

　　数位讯号处理器 · 单片机 ·系统单芯片· 并行向量处理机

　　组件

　　算术逻辑单元 · Barrel shifter · 浮点运算器 · Back-side bus · 复用器 · 多路复用器 · 暂存器 · 内存管理单元 · 转译后备缓冲区 · 处理器缓存 · 暂存文件 · 微程序 · 控制单元 · 时脉

　　电源管理

　　APM · ACPI · 动态时脉调整 · 动态电压调整 · Clock gating

　　9 超高速计算机芯片

　　英美科学家声称研制出一种超高速计算机芯片，运行速度是现有计算机芯片的20倍。科学界称这是一项重大突破，相信在未来数年内能带领家庭计算机进入高速新时代。

　　现代计算机很多都已经内置双核、4核或16核处理器，但科学家成功为一部超高速计算机的中央处理器安装了一块1000核的芯片，名叫“可程序化逻辑门阵列”(FPGA)，这块FPGA芯片安装有1000块微型电路板，变成1000个处理器，每一个处理器负责各自的任务，大大提高了计算机运行速度。

　　进行试验的时候，这块超高速芯片平均每秒可处理约5GB数据。换句话说，它的运行速度是现有计算机芯片的20倍。虽然其运行速度快得多，但耗电量较少，更加环保。

　　英国苏格兰格拉斯哥大学范德鲍韦迪教授所率领的研究小组，联合美国麻省大学的科研人员合作进行了这项研究。范德鲍韦迪教授说，他希望在明年3月举行的“国际应用计算机研讨会”上公布这项研究成果。相信在未来数年内，FPGA芯片和处理器会更加普及，带领家庭计算机步入更快速的年代。