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FPGA现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array)，简称：FPGA芯片，FPGA芯片概念由美国Xilinx公司首创(FPGA芯片厂家)，FPGA芯片是一种可以提高生产效率的编程器件，进行定义配置的专用集成电路(ASIC)。

什么是FPGA芯片

  集成电路芯片包括数字芯片和模拟芯片两大类，数字芯片可以分为存储器芯片和逻辑芯片，我们熟知的逻辑芯片一般包括CPU、GPU、DSP等通用处理器芯片，以及专用集成电路芯片ASIC。FPGA（现场可编程门阵列，FieldProgrammableGateArray）也是逻辑芯片的一种。

  数字芯片的分类

  FPGA是在PAL(可编程逻辑阵列)、GAL(通用阵列逻辑)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)等传统逻辑电路和门阵列的基础上进一步发展的产物。它利用计算机辅助设计，绘制出实现用户要求的原理图、编辑布尔方程或用硬件描述语言等方式作为设计输入；然后经一系列转换程序、自动布局布线、模拟仿真的过程；最后生成FPGA的数据文件，对FPGA器件初始化。这样就实现了满足用户要求的专用集成电路，真正达到了用户自行设计、自行研制和自行生产集成电路的目的。

  FPGA与CPU、GPU、ASIC等芯片的核心区别是：其底层逻辑运算单元的连线和逻辑布局未固化。用户可通过EDA软件对逻辑单元和开关阵列编程，进行功能配置，从而去实现特定功能的集成电路芯片。而其他类别逻辑芯片，像ASIC、CPU和GPU等，物理底层逻辑单元的运算关系均已固定且不可变。简单地说，如果CPU、GPU、ASIC等是像建好的楼房，楼房中房间、走廊及楼梯等格局是已经固定了；而FPGA的内部类似霍格沃兹中的魔法楼梯，可以随时改变房间到房间的路线关系。

  FPGA由可编程逻辑块（CLB）、输入/输出模块（IOB）、可编程互连资源（PIR）等三种可编程电路和用于存放编程数据的静态存储器SRAM组成。CLB是实现逻辑功能的基本单元，它们通常规则排列成一个阵列，散布于整个芯片中。IOB主要完成芯片上的逻辑与外部引脚的接口，通常排列在芯片的四周。PIR提供了丰富的连线资源，包括纵横网状连线、可编程开关矩阵和可编程连接点等，它们将各个CLB之间、CLB与IOB之间以及IOB之间连接起来，构成特定功能的电路。静态存储器SRAM用于存放内部IOB、CLB和PIR的编程数据，并形成对IOB、CLB及PIR的控制，从而完成系统逻辑功能。

  FPGA的基本结构

  由于FPGA需要被反复烧写，它实现的组合逻辑基本结构无法通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。查找表（Look-Up-Table，简称为LUT）可以很好地满足这一要求。

  LUT实质上是一个RAM，当用户描述了一个逻辑电路后，软件会计算所有可能的结果，并写入RAM。每一个信号进行逻辑运算，就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，输出结果。这样也大大加快了FPGA的运算速度。目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些FPGA采用Flash或反熔丝工艺的查找表结构。

FPGA有三大特点，其中一个便是上面所讲的可编程灵活性高，另外两个特点是开发周期短和并行计算效率高。

（1）开发周期短

在逻辑芯片里面，如ASIC制造流程包括逻辑实现、布线处理和流片等多个步骤；而FPGA无需布线、掩膜和定制流片等，芯片开发大大简化。一般逻辑芯片，如ASIC、DSP、SOC等，开发周期需要14-24个月，甚至更长，而FPGA则只需要6-12个月，比其他芯片开发周期减少55%的时间。

表：逻辑芯片开发周期

正如全球FPGA第一大厂商Xilinx认为，更快比更便宜重要，产品晚上市6个月，5年内将减少33%的利润，每晚四周等于损失14%的市场份额。

（2）并行计算效率高

FPGA属于并行计算，也即一次可执行多个指令算法。而传统的ASIC、DSP、CPU都是串行计算，一次只能处理一个指令集。因此在部分特殊任务中，FPGA的并行计算效率比串行计算效率更高。

FPGA芯片厂家设计不是简单的芯片研究，FPGA芯片主要是利用FPGA芯片 的模式进行其他行业产品的设计。 FPGA芯片厂家是为(ASIC)领域专用集成电路中的半定制电路而出现的，既能解决定制电路的不足，也克服原有可编程器件门电路数有限的缺点。当时xilinx FPGA芯片厂家系列受到了很多工程师的喜爱，半导体器件CMOS LSI的主流，逻辑系统大规模的出现。大规模集成电路逻辑系统最简单的方式是门阵列，FPGA芯片门阵列是指厂商半定制产品芯片准备的半导体，逻辑门是在硅片上形成称的基本单元，在主板上形成电路根据用户需要的电路通过布线。FPGA芯片由宏单元(Macrocell)组合而成的 EPLD 器件个数不同，宏单元作为一个整体，固定相对的部连线，FPGA芯片厂家编程灵活性及逻辑容量均受到限制。

FPGA 芯片型号为门级可编程，FPGA芯片厂家的编程灵活性与内部逻辑容量远大于 EPLD。FPGA 芯片型号器件集成度高，FPGA芯片功耗低阵列引脚数多。FPGA芯片厂家型号器件具有用户现场可编程的优越特性。由于FPGA芯片的现场可编程特性，xilinx的FPGA芯片厂家在线的电路调试与修改不须将FPGA芯片从电路板中取出，因此能以多种封装形式(如 PQFP、TQFP、BGA 等)减小体积，增加引脚数量。而 EPLD 须用专门的编程器擦写，因而通常为 PLCC 封装，体积大，引脚相对较少。