第一款FPGA是XC2064,由Xilinx于1985年创建。这款原始的FPGA只有区区800个门,虽然门数量只占当今的上百万门FPGA的一个零头,但它的价格为55美元,相对比较昂贵,扣除通货膨胀因素之后,目前价格大约为145美元。尽管如此,XC2064还是开启了全新的行业,30多年来,Xilinx和Altera一起主导了FPGA市场。
像XC2064这样早期的FPGA只能执行非常简单的任务:布尔运算,比如对两个输入引脚进行逻辑或操作,将结果输出到一个输出引脚上(在第3章学习更多关于布尔运算和逻辑门的知识)。在20世纪80年代,这种类型的问题需要一个专用的或门电路,如果还需要在两个不同的引脚上执行布尔与操作,需要添加一个额外的电路,这么多专用元器件会占满整块电路板。FPGA出现之后,一块芯片便可以取代多个分立的门级元器件,不但降低了成本,而且节省了电路板的空间,随着项目需求的改变,可以重新编程设计其他不同的逻辑。
从这些不起眼的功能开始,FPGA得以成长壮大。多年来,器件的设计采用了更多的硬知识产权(IP),FPGA内部采用了执行特定任务的专用元器件(而非执行多任务的软组件)。例如,现代FPGA中的硬IP块可以带有与USB设备、DDR存储器和其他片外元件接口。如果没有专用的硬IP,其中一些功能(如USB-C接口)是不可能实现的。某些公司甚至在FPGA内部放置了专用的处理器(称为硬处理器),这样便可以在FPGA内部运行普通的C代码。
随着技术的发展,FPGA市场经历了许多兼并和收购。2020年,芯片制造公司AMD以350亿美元的价格收购了Xilinx,这次收购是对其主要竞争对手英特尔在2015年以167亿美元收购Altera的回应。有趣的是,两家主要专注于CPU的公司决定收购FPGA公司,对其原因有诸多猜测。一般来说,随着CPU的成熟,将芯片的某一部分做成类似FPGA的可重编程硬件确乎是一个值得追求的想法。
除了Xilinx和Altera(随后,将分别称其为母公司AMD和Intel)之外,其他公司也已经在FPGA市场上开辟出了自己的细分市场。例如Lattice半导体(Lattice Semiconductor)在生产体积更小、价格更低的FPGA方面做得很好。长期以来,Lattice乐于在低端市场独善其身,而让AMD和英特尔在高端市场一决雌雄。目前,开源社区已经接纳了Lattice的FPGA,它可作为逆向工程供低层级的黑客使用。FPGA领域的另一家中型企业Actel在2010年被Microsemi以4.3亿美元的价格收购,Microsemi于2018年被Microchip Technology收购。
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