自引入以来，现场可编程门阵列（FPGA）的容量增加了10000倍以上， 性能增加了100倍。 单位功能的成本和功耗都减少了超过1000倍。 这些进步是由工艺缩放技术所推动的， 但是 FPGA 的故事比简单缩放技术的更复杂。 摩尔定律的数量效应推动了FPGA在体系结构、应用和方法方面发生质的变化。 FPGA 已经经历了几个不同的发展阶段。 本文分别了发明、扩张、累积这三个阶段， 并讨论了驱动压力和基本特征。 本文最后展望了未来的FPGA阶段。
Xilinx 在1984年引入了第一个现场可编程门阵列（FPGAs）， 尽管直到Actel在1988年普及这个术语才被称为FPGAs. 在接下来的30年里，我们称之为FPGA的设备的容量增加了1万多倍，速度增加了100倍。 单位功能的成本和能耗降低了1000倍以上（见图1）。
图1 Xilinx FPGA属性相对于1988年。容量指逻辑细胞计数。速度指可编程织物的同功能性能。价格指每个逻辑单元。能量指每个逻辑单元。价格和能量按一万倍放大。数据来源： Xilinx发表的数据。
这些进步在很大程度上是由工艺技术驱动的， 随半导体的扩展， 很容易把 FPGA 的进化看成是一个简单的容量发展。 这种看法太简单了。FPGA 进展的真实故事要有趣得多。
自其引入以来， FPGA 设备经过几个不同的发展阶段已取得进展。 每个阶段都受到工艺技术机会和应用程序需求的驱动。这些驱动压力引起设备特性和工具的可观察变化。在本文中， 我们回顾了FPGA的三阶段。 每个阶段长达8年， 并且每一段在回顾中都很明显。
三个阶段分别是：
1）发明阶段， 1984–1991;
2）扩张阶段， 1992–1999;
3）累积阶段， 2000–2007.
图2. FPGA与ASIC交叉点。 图表显示总成本与单位数量。 FPGA线条较暗，从左下角开始。 随着下一个工艺节点的采用（从较早节点的虚线箭头到稍后节点的实线箭头），由垂直虚线表示的交叉点变大。
二、前言： 关于FPGA的重大问题有哪些？
A.FPGA VS ASIC
20世纪80年代，专用集成电路（ASIC）公司为电子市场带来了一个惊人的产品：定制集成电路。 到20世纪80年代中期，有数十家公司在销售ASIC，在激烈的竞争中，成本低，容量大，速度快的技术更具受青睐。 当FPGA出现的时候，在所有这几个方面上都并不突出，但却一枝独秀。这是为什么？
ASIC的功能是由自定义掩模工具决定的。ASIC的客户为这些掩模工具支付了前期的一次性工程（NRE）费用。由于没有定制的工具，FPGA降低了预付成本和建立定制数字逻辑的风险。通过制造可以被成百上千的客户使用的自定义硅设备，FPGA供应商可以有效地平摊所有客户的NRE成本，从而不会对任何一个客户收取任何费用，又同时增加了每个客户的单位芯片成本。
前期的NRE成本确保了FPGA在某些数量上比ASIC更具成本效益。FPGA供应商在“交叉点”上吹嘘这个数字，这个数字证明了ASIC的更高的NRE开销。 在图2中，图线显示了购买数量单位的总成本。 ASIC具有NRE的初始成本，并且每个后续单元将其单位成本增加到总数。 FPGA没有NRE电荷，但是每个单元的成本都比功能相当的ASIC要高，因此斜率更陡峭。 两条线在交叉点相遇。 如果所需的单元数量少于此数量，则FPGA解决方案便宜; 超过该数量的单位表明ASIC具有较低的总体成本。
由于NRE成本占ASIC总体拥有成本的很大一部分，所以FPGA每单位成本超过ASIC成本的优势随着时间的推移而减少。 图2中的虚线表示某个工艺节点的总成本。 实线表示下一个工艺节点的情况，NRE成本增加，但是每个芯片的成本较低。 FPGA和ASIC都利用低成本制造，而ASIC NRE收费继续攀升，推高交叉点。 最终，交叉点变得如此之高，以至于大多数客户，单元的数量已经不再适用于ASIC。 定制芯片只保证非常高的性能或很高的体积; 所有其人可以使用可编程解决方案。
