2021年FPGA技术发展解析样本.doc

FPGA技术发展探究
一． 绪言
自1985年Xilinx企业推出第一片现场可编程逻辑器件（FPGA）至今, FPGA已经历了十几年发展历史。 在这十几年发展过程中, 以FPGA为代表数字系统现场集成技术取得了惊人发展: 现场可编程逻辑器件从最初1200个可利用门, 发展到90年代25万个可利用门, 乃至当新世纪来临之即, 国际上现场可编程逻辑器件著名厂商Altera企业、 Xilinx企业又陆续推出了数百万门单片FPGA芯片, 将现场可编程器件集成度提升到一个新水平。 纵观现场可编程逻辑器件发展历史, 其之所以含有巨大市场吸引力, 根本在于: FPGA不仅能够处理电子系统小型化、 低功耗、 高可靠性等问题, 而且其开发周期短、 开发软件投入少、 芯片价格不停降低, 促进FPGA越来越多地替换了ASIC市场, 尤其是对小批量、 多品种产品需求, 使FPGA成为首选。
现在, FPGA关键发展动向
是: 伴随大规模现场可编程逻辑器件发展, 系统设计进入"片上可编程系统"（SOPC）新纪元; 芯片朝着高密度、 低压、 低功耗方向挺进; 国际各大企业全部在主动扩充其IP库, 以优化资源愈加好满足用户需求, 扩大市场; 尤其是引人注目标所谓FPGA动态可重构技术开拓, 将推进数字系统设计观念巨大转变。
二． Xilinx企业研制开发FPGA系列产品关键特征
Xilinx企业自发明FPGA以来, 就不停推出新器件和开发工具, 努力争取芯片速度更高、 功耗更低。 在其新近开发产品中, Xilinx重新定义了未来可编程逻辑, , , -、 -、 -、 、 高性能可编程逻辑产品。 关键推出了Virtex系列和SpantanTM系列FPGA。 Virtex系列突破了传统FPGA密度和性能限制, 使 FPGA不仅仅是逻辑模块, 而成为一个系统元件（图一所表示）。 而SpantanTM系列为替换ASIC大容量FPGA树立了一个新低成本标准。
图1 Virtex系列使FPGA从连接逻辑提升至系统关键部件
      Virtex 系列FPGA集成了很多满足系统级设计要求新性能, 含有独特结构特点图2。 整个Virtex系列由九种器件组成, 系统门数从5万到100万门（1,728到27,648个逻辑单元）; 提供给用户I/O引脚数最多超出500个; 采取多个封装形式, ; , 实现5V容差I/O接口; 借助于优选时序驱动布局和布线工具, 在400MHzPⅡCPU上, 编译速度可达20万门/秒。  
图2 Virtex系列内部结构
       Virtex系统独特结构使它含有以下部分关键性能:
       ●拥有四重数字化延时锁定电路（DLL）, 用于内外时钟同时; 使芯片到芯片间通讯速度达成200MHz; 全部器件从时钟到输出延时均小于3ns; 时钟可倍频和分频, 可进行00, 900, 1800, 2700相移。