在1980至1990年代，提供FPGA数万逻辑门的FPGA器件主要被系统设计人员用作"连接逻辑"，将电路板上的不同元器件连接到一起，或用来修正ASIC不方便处理的问题。但在1990年代末期，百万门现场可编程门阵列（FPGA）产品的出现使在单块可编程芯片中集成系统级功能成为可能。目前市场上出售的最大规模FPGA产品有600万系统门和1.4亿个晶体管，已经跻身于最复杂的半导体器件之列。

而如今，FPGA的一些新的技术发展趋势不仅使其越来越多地替代ASIC，成为可编程逻辑领域的主流产品，从ASIC市场抢夺越来越多的市场份额；同时，还为自身不断带来新的利润增长点和广阔的市场前景。


拓展系统功能集成


FPGA正成为系统级功能的"平台"。例如，Xilinx和IBM公司宣布达成一项协议， 在Xilinx Virtex FPGA中嵌入硬连线的PowerPC处理器。这一解决方案可提供更高水平的性能，同时缩短产品上市时间。一个基于处理器的解决方案利用FPGA可在数周或数月内完成设计和验证，而采用标准单元ASIC，通常会需要一年甚至更长的时间。

目前标准单元ASIC行业所面临的一个主要挑战是对付深亚微米设计中出现的"二阶"和"三阶"效应。诸如交叉串扰、物理晶体管级的退化以及由于输出同时开关而引起的反射噪声干扰是最常见的几种问题。然而，在FPGA标准产品中，实际的晶体管级布局和布线工作是由FPGA供应商在产品开发过程中完成的。逻辑设计人员不必为防止晶体管布局会导致二阶和三阶效应而担心，采用FPGA的设计人员可以放心集中于使他们设计的内容和性能最优化，而不必纠缠于器件的物理细节。

此外，最新一代的平台FPGA器件支持混合信号处理、DSP功能，并且有大量的经过测试的IP可供设计人员选择。FPGA还将集成可支持每秒3G位甚至更高的数据传输速率。FPGA还很可能是第一类可支持新兴的串行信号标准的器件，如由Intel和其它公司倡导的做为目前并行PCI总线后继的3GIO标准。

同时，FPGA器件还将支持实时操作系统，以支持基于FPGA的系统的远程硬件重新配置。


技术优势促使ASIC被取代


到底是什么推动FPGA被用来代替门阵列和标准单元ASIC产品？答案是，FPGA独特地结合了快速的FPGA产品周期、客户对更高集成度的要求（已超出门阵列所能提供的）、快速采用深亚微米工艺技术，以及网络应用的爆炸性增长。

设计人员还利用可编程逻辑获得了一些固定逻辑ASIC所无法提供的东西--快速上市时间和在设备部署到现场后对其进行重新编程的能力。另外，与标准单元产品相比，门阵列器件的芯片尺寸在同样门数量的情况下也大很多。对于标准单器件，每平方毫米芯片的可用门比例约为35000至50000，而门阵列约为10000至20000。多数门阵列工艺开发止于0.35微米，而FPGA供应商已经准备好在未来数月内提供0.13微米的器件。同时，ASIC工厂正快速转向标准单元技术。业界分析家称到2004年时，门阵列在整个ASIC市场中所占比例将不到8%。

目前PLD供应商正处于半导体行业协会制定的技术发展方向的最前沿。没有人曾预见到PLD企业引入新技术的速度能与每年研发费用数千万美元的Intel和德州仪器这样的巨人一样快。这也表?quot;无制造厂"商业模式是成功的。不拥有自己的制造工厂，象Xilinx这样的PLD企业通过与主要制造厂（如UMC）的合作伙伴关系获得成功。过去几年里，可编程逻辑门的成本下降了30多倍，而性能却大幅提高了七倍多。

许多人都没有意识到可编程逻辑供应商从新制造技术中获益比其它大多数公司都要多。例如，化学机械清洁（CMP）技术，使PLD供应商可以在FPGA器件中加入更多的互连层。PLD器件现在采用了六层金属布线，而层数在未来数年中还将增加50%。主流FPGA器件已经跻身于最复杂的半导体器件之列，在指尖大小的面积内集成的晶体管数超过1.5亿个。

另一重要变化是布局和布线工具。现在的布局和布线软件的编译速度达到令人惊讶的每分钟编译10万门。


成本不断降低推动市场应用


可编程逻辑供应商不仅采用新技术生产更大规模的可编程逻辑器件，而且还制造出价格更低廉的FPGA器件。几年前还根本不可能买到售价10美元的FPGA器件。1999年就可以用10美元购买到4万门的器件。2000年早些时候10美元可购买到10万门的FPGA，而不久将可以用同样的10美元购买到15万门。这样的器件价格已对ASIC市场产生足够的吸引力。每年PLD行业都从ASIC供应商那儿获得更多的市场份额。

Xilinx相信未来5年里，市场将有重大的变化。PLD将会成为逻辑设计人员使用的主要技术。PLD和ASIC供应商的角色将会颠倒过来。专用标准产品（如总线接口和锁相环）制造商也会被PLD供应商所替代。

在FPGA的成本不断降低的同时，芯片技术却变得成本越来越高昂，掩膜板组的开发成本以指数形式上升。而这对PLD供应商有利。可编程逻辑企业可投入大量资金设计一种应用于许多应用的产品。而另一方面ASIC供应商设计一种产品仅能用于一种应用。因此对于ASIC来说，整个开发成本必须摊在一种产品上。而PLD则可将成本分散到成千上万的产品上。


现场可升级系统--新的利润增长点


当今PLD行业最有前途和令人激动的发展之一就是采用网络，包括互联网，远程升级已经安装在用户处的电子设备中的数字硬件。远程升级软件以提供新的增强和错误修正在电子界正非常普遍。而以同样的方法进行硬件升级则要面临更多的挑战性。

使远程硬件升级成为可能的技术就是FPGA。电子设备制造商采用FPGA制造自己的独特集成电路已有15年的时间了。在设计过程中，直到最终完善好电路之前，客户原则上可以无限次地对FPGA进行"重配线"。然后可以将最终的位流用来编程任意多的FPGA，视特定生产批次中的需要而定。一旦完成后，客户很少会在最终系统安装后再改变最终的逻辑设计。

Xilinx经常被问到的问题是：为什么不对已经现场安装的基于FPGA的设备进行"重新配线"呢？一些有远见的企业已经开发生产可以远程重新配置的基于FPGA的产品。虽然此类可重新配置的硬件尚未成为主流，Xilinx的一些客户，包括生产下一代无线系统的大型通信企业，都对这一概念非常感兴趣，其中一些已经在致力于将应用现场可升级技术的产品推向市场。

可以现场升级的硬件可大大延长系统的可用寿命。可增加新的硬件功能或修正现有系统错误而不需实际遣送技师前往现场的能力可大大地降低整个系统生命周期中的维护和支持成本。请想象一下这对于卫星通信设备这意味着什么！

设计可远程升级的系统还可以带来新的收入可能。最初产品发布后，设备制造商可以开发新的硬件功能，然而向现有的客户销售和分发这些功能，就象今天的软件开发商一样。或者也可开发出标准的"现成可用的"应用，可以根据最终用户所购买或需要的功能进行相应的功能切换。

可从现场升级能力中受益的系统类型是非常广泛的。几乎任何与"外部世界"具有某种类型连接的系统都可潜在地从支持现场升级的设计中受益。典型产品包括网络家电、机顶盒、安全系统、网络设备、蜂窝基站、卫星通信系统。其它可能的应用还有HDTV、视频和图像处理、加密、军事通信、监守、雷达和声纳等。

考虑到可编程逻辑在过去数年中的技术进步，很明显未来5年内FPGA将成为逻辑行业的主导技术。PLD将会应用于每个数字电子产品中。未来，设计人员只有在需要极高速度和极高密度的时候才会考虑采用ASIC。否则他们会直接采用可编程器件，一方面因为可编程器件可提供巨大的灵活性，另一方面还因为只有可编程器件才使许多新的应用成为可能。