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由于其出色的性能和多功能性，F(xiàn)PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)吸引了廣泛的企業(yè)。此外，即使在部署使用之后，它具有采用新標(biāo)準(zhǔn)和根據(jù)特定的應(yīng)用需求修改硬件的特性。另一方面，“門陣列”與架構(gòu)中的邏輯門的二維陣列有關(guān)。FPGA用于需要復(fù)雜的邏輯電路和預(yù)期會變化的幾個應(yīng)用。FPGA應(yīng)用涵蓋醫(yī)療設(shè)備、ASIC原型設(shè)計、多媒體、汽車、消費電子和許多其他領(lǐng)域。

近年來，F(xiàn)PGA領(lǐng)域的市場份額和技術(shù)創(chuàng)新正在快速增長。FPGA為基于深度學(xué)習(xí)和人工智能的解決方案提供了優(yōu)勢，包括低延遲和高吞吐量的性能改善，以及電源效率。根據(jù)Mordor?Intelligence的數(shù)據(jù)，2021年全球FPGA市場價值為69.581億美元，預(yù)計到2027年將達(dá)到117.518億美元，從2022年到2027年的復(fù)合年增長率為8.32%。

FPGA設(shè)計市場驅(qū)動因素

全球市場驅(qū)動力

由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)品供應(yīng)的性質(zhì)以及有利于固定成本低的公司的成本量指標(biāo)，F(xiàn)PGA 市場競爭激烈。根據(jù)這種尺寸，28nm的FPGA具有高速處理和高效率等優(yōu)點，預(yù)計將迅速增長。這些特性幫助它在各種行業(yè)中得到采用，包括汽車、高性能計算和通信。由于發(fā)展中國家消費能力的提高有助于增加市場對新設(shè)備的需求，消費電子行業(yè)似乎對FPGA很有希望。市場參與者正在開發(fā)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、自然語言處理(NLP)、基于信息娛樂、多媒體系統(tǒng)和各種工業(yè)智能解決方案的FPGA。根據(jù)應(yīng)用需求，可選擇低端、中端或高端FPGA配置。

FPGA架構(gòu)概述

一般的FPGA架構(gòu)設(shè)計包括三類模塊。它們是I/O塊、開關(guān)矩陣和可配置邏輯塊(CLB)。FPGA是一種半導(dǎo)體器件，由通過可編程連接耦合的邏輯塊組成。

邏輯塊由帶有一組輸入的查找表(LUT)組成，使用基本內(nèi)存(如SRAM或Flash)來保存布爾函數(shù)。為了支持時序電路，每個LUT都連接到一個多路復(fù)用器和一個觸發(fā)器寄存器。類似地，可以構(gòu)建許多LUT來處理復(fù)雜的函數(shù)。根據(jù)FPGA的配置，F(xiàn)PGA分為三種類型:低端、中端和高端。Xilinx的Artix-7/Kintex-7系列，Lattice半導(dǎo)體公司的ECP3和ECP5系列是一些流行的低功耗和低設(shè)計密度的FPGA設(shè)計。而Xilinx的Virtex家族，Microsemi的ProASIC3家族，Intel的Stratix家族都是為高性能和高設(shè)計密度而設(shè)計的。

FPGA固件開發(fā)

由于FPGA是一個可編程邏輯陣列，因此必須對邏輯進(jìn)行配置以滿足系統(tǒng)的需要。固件是數(shù)據(jù)的集合，提供配置。由于FPGA的復(fù)雜性，利用該軟件設(shè)計了專用FPGA。用戶通過提供硬件描述語言(HDL)定義或原理圖設(shè)計來啟動FPGA設(shè)計過程。VHDL (VHSIC硬件描述語言)和Verilog是兩種常用的HDL。之后，F(xiàn)PGA設(shè)計過程的下一步是為所使用的FPGA系列開發(fā)一個網(wǎng)絡(luò)列表。這是使用電子設(shè)計自動化程序開發(fā)的，并概述了必要的FPGA內(nèi)的連接性。之后，設(shè)計致力于FPGA，這允許它被用于(ECB)電子電路板來創(chuàng)建。

FPGA的應(yīng)用

汽車

汽車中的FPGA廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)中，利用激光束構(gòu)造圖像。它們被用于自動駕駛汽車，用于即時評估障礙物或道路邊緣的圖像，以進(jìn)行障礙物檢測。此外，F(xiàn)PGA還廣泛應(yīng)用于汽車信息娛樂系統(tǒng)，以實現(xiàn)汽車內(nèi)部的可靠高速通信。它們能提高效率，節(jié)約能源。

通訊系統(tǒng)

FPGA被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，以增強(qiáng)連接和覆蓋，提高整體服務(wù)質(zhì)量，同時降低延遲，特別是在涉及數(shù)據(jù)更改時。目前FPGA被企業(yè)廣泛應(yīng)用于服務(wù)器和云應(yīng)用中。

計算機(jī)視覺系統(tǒng)

這些系統(tǒng)在當(dāng)今世界變得越來越普遍。監(jiān)控攝像機(jī)、AI機(jī)器人、屏幕/字符閱讀器和其他設(shè)備都屬于此類。許多這樣的設(shè)備都需要一個系統(tǒng)來檢測他們的位置，識別他們周圍的事物和人的面孔，并適當(dāng)?shù)嘏c他們行動和交流。這種功能需要處理大量的可視化數(shù)據(jù)，構(gòu)建多個數(shù)據(jù)集，并實時處理它們，這是FPGA加速和使過程更快的地方。

隨著新一代機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、計算機(jī)視覺等對實時可適應(yīng)硅的需求不斷增長，F(xiàn)PGA市場將繼續(xù)發(fā)展。由于其自適應(yīng)/編程能力，F(xiàn)PGA的重要性正在擴(kuò)大，這使它成為動態(tài)訓(xùn)練大量數(shù)據(jù)的理想半導(dǎo)體。它有望加快人工智能的工作量和推理。靈活性、定制并行性和為眾多應(yīng)用程序重新編程的能力是使用FPGA加速機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)過程的關(guān)鍵好處。

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

原文：design-reuse

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異構(gòu)芯片研究框架合集

1、EDA行業(yè)研究框架

2、半導(dǎo)體大硅片研究框架

3、封測行業(yè)研究框架

4、光刻機(jī)行業(yè)研究框架

4、國產(chǎn)FPGA研究框架

5、國產(chǎn)基帶芯片研究框架

6、深度報告：NOR存儲芯片研究框架

ARM架構(gòu)參考手冊及文檔