fpga器件设计技术发展综述_杨海钢

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1、第32卷第3期电子与信息学报Vol.32No.32010年3月JournalofElectronics&InformationTechnologyMar.2010FPGA器件设计技术发展综述①①②③杨海钢孙嘉斌王慰①(中国科学院电子学研究所北京100190)②(中国科学院研究生院北京100039)③(美国纽约州立大学)摘要：现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)作为一种可编程逻辑器件，在短短二十多年里从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心，在计算机硬件、

2、通信、航空航天和汽车电子等诸多领域有着广泛的应用。伴随着半导体工艺技术的进步，FPGA器件的设计技术取得了飞跃性突破。该文在回顾FPGA发展历史的同时，对目前主流FPGA器件的前沿技术进行总结，并对新一代FPGA的发展前景进行展望。关键词：现场可编程门阵列(FPGA)；VLSI；可编程器件；CMOS中图分类号：TN47文献标识码：A文章编号：1009-5896(2010)03-0714-14DOI:10.3724/SP.J.1146.2009.00751AnOverviewtoFPGADeviceDes

3、ignTechnologies①①②③YangHai-gangSunJia-binWangWei①(InstituteofElectronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)②(GraduateUniversity,ChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China)③(TheStateUniversityofNewYork)Abstract:Asaprogrammablelogicdevice,Fiel

4、dProgrammableGateArray(FPGA)hasevolvedfrommerelyaperipheralcomponentinanelectronicdesigntobecomeacoreprocessingelementofdigitalsystemsoverthelasttwodecades.Itfindsextensiveapplicationsinmanyfields,suchascomputerhardware,communication,aviation,spaceflight

5、andautomobile-electronics,etc.TheFPGAchipdesignresearchachievesasignificantprogresswiththeadvanceofsemi-conductortechnologies.Thissurveyreviewsthepasthistory,presentsstatusandfuturetrendintheeverquestforhighperformanceFPGAs.Keywords:FieldProgrammableGate

6、Arrays(FPGA);VLSI;Programmablelogicdevice;CMOS1序言在FPGA中实现的设计也可迅速定制为专用芯片进[3]行投产；在新工艺节点上用FPGA转换和重新实现场可编程门阵列(FieldProgrammableGate现已有ASIC产品，将使产品的升级更容易。Arrays，FPGA)是一种可编程使用的信号处理器件，与通用DSP(DigitalSignalProcessing)器件相用户可通过改变配置信息对其功能进行定义，以满比，FPGA利用并行架构实现DSP功能，在不

7、少应足设计需求。与传统数字电路系统相比，FPGA具用场合性能可超过通用DSP处理器的串行执行架有可编程、高集成度、高速和高可靠性等优点，通构。在需要大数据吞吐量、数据并行运算等高性能过配置器件内部的逻辑功能和输入/输出端口，将原应用中，往往使用具有DSP运算功能的FPGA或来电路板级的设计放在芯片中进行，提高了电路性[4]FPGA与DSP协同处理实现。能，降低了印刷电路板设计的工作量和难度，有效[1]本文第2节回顾可编程器件的发展历史；第3提高了设计的灵活性和效率。节对目前主流FPGA的结构理论和设计方

8、法进行概与ASIC(ApplicationSpecificIntegrated述与分析；第4节对FPGA前沿设计技术的发展趋Circuit)相比，FPGA具有显著的优势：开发周期短、势和面临的挑战进行探讨，对未来FPGA技术发展前期投资风险小、产品上市速度快、市场适应能力[2]前景进行展望；最后，第5节总结全文。强和硬件升级空间大；当产品定型和扩大产量后，2可编程器件发展历史2009-05-18收到，2009-11-24改回自20世纪70年