一文了解FPGA是什么？（科普必看）

去年全球出现的芯片短缺问题是由多个因素共同作用导致的。首先，全球疫情爆发导致了许多芯片制造厂关闭或减产，造成了供应链的断裂。封锁措施限制了人员流动和生产活动，进一步加剧了芯片供应的困难。其次，由于家庭办公和在线学习的需求激增，人们对电子设备的需求量大幅增加，而这些设备都需要芯片作为核心部件。增加的需求无法被及时满足，也造成了芯片短缺的问题。另外，一些自然灾害和供应链中断也对芯片的供应产生了负面影响，使得原本脆弱的供应链更加脆弱，无法有效地解决芯片短缺的问题。

FPGA这个概念也越来越多的出现，比如我们熟知的比特币挖矿使用的矿机中就有它的身影，在安防，工业等领域也有着比较广泛的应用，那么FPGA是什么呢？一起来了解一下FPGA基础知识吧！

一、什么是 FPGA？

FPGA全称为Field-Programmable Gate Array，翻译过来是“现场可编程门阵列”。它是一种基于可编程逻辑单元（如逻辑门、触发器等）和可编程连线资源的集成电路芯片。与传统的固定功能芯片不同，FPGA具有动态可重构的特性，可以根据用户需求进行各种不同的配置。

二、FPGA结构

FPGA的基本结构主要由6部分组成，分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。

1、可编程输入/输出单元（I/O单元）：是FPGA芯片与外部硬件设备进行连接的接口，通过软件的灵活配置，可适应不同的电器标准与I/O物理特性。

2、基本可编程逻辑单元：由查找表（LUT）和寄存器（Register）组成，查找表完成纯组合逻辑功能，寄存器可以配置为带同步/异步复位和置位、时钟使能的触发器，也可以配置成为锁存器，一般依赖寄存器完成同步时序逻辑设计。

3、嵌入式块RAM：大多数FPGA都具有内嵌的块RAM，可以配置为单端口RAM、双端口RAM、伪双端口RAM、CAM、FIFO等存储结构。

4、丰富的布线资源：用于实现可编程逻辑单元之间的连接，包括水平布线、垂直布线和可配置I/O模块等。

5、底层嵌入功能单元：用于实现特定的数字信号处理功能，如乘法器、加法器等。

6、内嵌专用硬核：是一种特殊的功能模块，如处理器、数字信号处理器（DSP）等。

三、FPGA 工作原理

PGA的核心是由大量的可编程逻辑单元（CLB）组成的，这些单元可以根据用户设定的逻辑功能进行编程。此外，FPGA还包括可编程连接资源（如可编程IO、片上RAM等），用于实现不同模块之间的信号传输和存储。用户可以使用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）编写逻辑代码，并通过专门的开发工具将代码下载到FPGA芯片中，从而实现对其功能的定制。

四、FPGA具备哪五大优势?

FPGA是指可编程逻辑器件，它有五大优势，分别是：

·高密度集成以创建复杂的逻辑功能。FPGA器件内部有大量的逻辑块、可编程布线资源，可以完成复杂的逻辑功能。

·高性能、低成本。FPGA器件具有高性能、低成本的特点，可以满足不同应用场景的需求。

·许多可用的I/O标准和功能。FPGA器件有丰富的I/O接口和内嵌功能模块，可以满足各种不同的接口需求。

·包含大量IP核，方便开发。FPGA器件内部有许多预先设计好的IP核，可以加快开发速度，提高开发效率。

·设计灵活、可重复编程。FPGA器件采用可编程逻辑器件，可以灵活地实现各种数字电路设计，并且可以重复编程，方便升级和维护。

五、FPGA应用场景

由于其灵活性和可重构性，FPGA在各个领域都得到了广泛应用。在通信领域，FPGA可以用于实现协议转换、信号处理、高速数据传输等功能；在嵌入式系统中，FPGA可以用于构建高性能的处理器、控制器和接口等；在科学研究中，FPGA可以用于加速计算、模拟系统等。此外，FPGA还广泛应用于航天、医疗、工业控制等领域，为各行各业提供了强大的设计和开发工具。

我国芯片的未来发展前景如何呢？

中国芯是指由中国自主研发并生产制造的计算机处理芯片。实施“中国芯”工程，采用动态流水线结构，研发生产了一系列中国芯。通用芯片有：魂芯系列、龙芯系列、威盛系列、神威系列、飞腾系列、申威系列；嵌入式芯片有：星光系列、北大众志系列、湖南中芯系列、万通系列、方舟系列、神州龙芯系列。

以上就是FPGA是什么的详细介绍，伴随5G网络的建设，更多的领域中也会应用到它，希望能帮助大家更好的理解FPGA这个概念。