FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL(可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)等可编程器件的基础上进一步发展的产物,它是作为一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA由逻辑单元、RAM、乘法器等硬件资源组成,通过将这些硬件资源合理组织,可实现乘法器、寄存器、地址发生器等硬件电路,FPGA技术具有稳定性,软件工具提供了编程环境,FPGA电路是真正的编程"硬"执行过程,基于处理器的系统往往包含了多个抽象层,可在多个进程之间计划任务、共享资源。在性能方面,利用硬件并行的优势,FPGA打破了顺序执行的模式,在每个时钟周期内完成更多的处理任务,超越了数字信号处理器(DSP)的运算能力。成本相对较低,长期维护投入少,FPGA芯片是现场可升级的,无需重新设计ASIC所涉及的时间与费用投入。
为什么说FPGA处于战略地位主要是因为其在人工智能、太空领域都发挥着其它元器件不可替代的作用。
FPGA在人工智能(AI)领域主要参与的项目有自动驾驶汽车、行驶路线、红绿灯、行驶速度等各种交通信号进行采集,图像处理、声音信号处理等,在这些项目上的应用FPGA能够起到增加系统速度、减少投入成本的作用。
同时,FPGA的独特优势也同样体现在航空航天领域,这主要体现在以下几个方面:
- FPGA可以降低太空探索项目的运行成本,时间耗费和资金成本,航天领域的需求本质上是一个长尾市场,能够适配的ASSP较少,如果专门设计一颗ASIC,那成本将会大大提高,而且研发的时间也会随之增长,而FPGA的半定制万能性正好可以避免这一缺陷,加快项目进程。
- FPGA可编程门阵列的特点可以降低在轨错误,太空项目的运行需要一定的精准度,一旦发生错误将会造成不可估量的损失,而FPGA可以定期地进行刷新回读,动态重构,从而降低错误的发生率,避免或减轻宇宙射线对自身造成的影响,这是其它器件所不具备特点。
FPGA和其它芯片的不同之处就在于用户可以随时定义其硬件功能,虽然FPGA的市场仅占逻辑芯片的5%,但在许多领域他都是不可或缺的。