芯见小科普 | “万能芯”到底是什么？一文看懂FPGA

FPGA全称是现场可编程门阵列（Field Programable Gate Array），名字比较长，我们分成两段来理解。

首先是“现场可编程”，FPGA是硬件可编程，不需要把芯片拆下来送回厂家，在现场就能进行编程调试，灵活性非常高。

这种编程和我们熟知的软件编程不一样，传统的单片机编程往往通过改变寄存器的配置来实现，并不会改变芯片的逻辑功能，而FPGA不同，通过编程，你甚至可以让一个网络通讯芯片变成视频处理芯片，而实现它的原理，就是“门阵列”。

你可以简单地把“门”理解成一种开关，它可以控制电路信号的高低，从而表示最简单的二进制：0和1。在电路中，我们可以设定当两个输入都为“1”时，输出才能为“1”，否则为“0”，这样就制造了一个最简单的逻辑门。

无数逻辑门相互连接，控制着输出结果，它们构成了集成电路的基本组件，也是芯片的最底层构造。

现在，我们把逻辑门构成的所有组合汇聚成一张查找表（Look-up Table，LUT），再把无数查找表阵列起来，并且给予这些查找表互相连接的能力，就构成了FPGA的基础结构。

这感觉就好像我们都玩过的接水管游戏，不同的是，每块水管里仿佛都有一套可以任意组合的乐高积木，而每块水管又都可以朝着四面八方连接，就连水流的方向和速度也能改变，可以说，FPGA的编程是从底层改变了芯片的逻辑结构，“万能芯”的称呼一点也不过分。

那么如此强大的FPGA为什么没有取代传统的芯片呢？

实际上，可编程芯片从70年代就已经诞生了，FPGA诞生至今也有近40年，但由于它的特殊性，成本较高，开发门槛大，因此会更适合一些特殊场景。

比如标准或协议经常更改的无线通信；需要兼容多种协议的数据中心互联；加密方式经常变化的军工行业；或者一些密集计算及处理协议的场景，像是视频编码、人工智能、网络处理等。

而更广泛的场景下，传统芯片仍占据较大的优势。

但从2016年至今，全球FPGA市场规模都在不断扩大，预计2025年将达到125.8亿美元。FPGA的高灵活性是其他逻辑芯片无法达到的，相信未来会有更多丰富的应用场景。