FPGA技术将如何发展？

FPGA开发圈 2022-05-16 11:47 1084浏览 0评论 0点赞

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自design-reuse，谢谢。

由于其出色的性能和多功能性，FPGA(现场可编程门阵列)吸引了广泛的企业。此外，即使在部署使用之后，它具有采用新标准和根据特定的应用需求修改硬件的特性。另一方面，“门阵列”与架构中的逻辑门的二维阵列有关。FPGA用于需要复杂的逻辑电路和预期会变化的几个应用。FPGA应用涵盖医疗设备、ASIC原型设计、多媒体、汽车、消费电子和许多其他领域。

近年来，FPGA领域的市场份额和技术创新正在快速增长。FPGA为基于深度学习和人工智能的解决方案提供了优势，包括低延迟和高吞吐量的性能改善，以及电源效率。根据Mordor Intelligence的数据，2021年全球FPGA市场价值为69.581亿美元，预计到2027年将达到11.7518亿美元，从2022年到2027年的复合年增长率为8.32%。

FPGA设计市场驱动因素

全球市场驱动力

由于规模经济、产品供应的性质以及有利于固定成本低的公司的成本量指标，FPGA 市场竞争激烈。根据这种尺寸，28nm的FPGA具有高速处理和高效率等优点，预计将迅速增长。这些特性帮助它在各种行业中得到采用，包括汽车、高性能计算和通信。由于发展中国家消费能力的提高有助于增加市场对新设备的需求，消费电子行业似乎对FPGA很有希望。市场参与者正在开发用于物联网设备、自然语言处理(NLP)、基于信息娱乐、多媒体系统和各种工业智能解决方案的FPGA。根据应用需求，可选择低端、中端或高端FPGA配置。

FPGA架构概述

一般的FPGA架构设计包括三类模块。它们是I/O块、开关矩阵和可配置逻辑块(CLB)。FPGA是一种半导体器件，由通过可编程连接耦合的逻辑块组成。

逻辑块由带有一组输入的查找表(LUT)组成，使用基本内存(如SRAM或Flash)来保存布尔函数。为了支持时序电路，每个LUT都连接到一个多路复用器和一个触发器寄存器。类似地，可以构建许多LUT来处理复杂的函数。根据FPGA的配置，FPGA分为三种类型:低端、中端和高端。Xilinx的Artix-7/Kintex-7系列，Lattice半导体公司的ECP3和ECP5系列是一些流行的低功耗和低设计密度的FPGA设计。而Xilinx的Virtex家族，Microsemi的ProASIC3家族，Intel的Stratix家族都是为高性能和高设计密度而设计的。

FPGA固件开发

由于FPGA是一个可编程逻辑阵列，因此必须对逻辑进行配置以满足系统的需要。固件是数据的集合，提供配置。由于FPGA的复杂性，利用该软件设计了专用FPGA。用户通过提供硬件描述语言(HDL)定义或原理图设计来启动FPGA设计过程。VHDL (VHSIC硬件描述语言)和Verilog是两种常用的HDL。之后，FPGA设计过程的下一步是为所使用的FPGA系列开发一个网络列表。这是使用电子设计自动化程序开发的，并概述了必要的FPGA内的连接性。之后，设计致力于FPGA，这允许它被用于(ECB)电子电路板来创建。

FPGA的应用

汽车

汽车中的FPGA广泛应用于激光雷达中，利用激光束构造图像。它们被用于自动驾驶汽车，用于即时评估障碍物或道路边缘的图像，以进行障碍物检测。此外，FPGA还广泛应用于汽车信息娱乐系统，以实现汽车内部的可靠高速通信。它们能提高效率，节约能源。

通讯系统

FPGA被广泛应用于通信系统中，以增强连接和覆盖，提高整体服务质量，同时降低延迟，特别是在涉及数据更改时。目前FPGA被企业广泛应用于服务器和云应用中。

计算机视觉系统

这些系统在当今世界变得越来越普遍。监控摄像机、AI机器人、屏幕/字符阅读器和其他设备都属于此类。许多这样的设备都需要一个系统来检测他们的位置，识别他们周围的事物和人的面孔，并适当地与他们行动和交流。这种功能需要处理大量的可视化数据，构建多个数据集，并实时处理它们，这是FPGA加速和使过程更快的地方。

随着新一代机器学习、人工智能、计算机视觉等对实时可适应硅的需求不断增长，FPGA市场将继续发展。由于其自适应/编程能力，FPGA的重要性正在扩大，这使它成为动态训练大量数据的理想半导体。它有望加快人工智能的工作量和推理。灵活性、定制并行性和为众多应用程序重新编程的能力是使用FPGA加速机器学习和深度学习过程的关键好处。

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