1.2　FPGA的技术优势

在1.1节中，我们着重讲述了FPGA的发展历程，了解了FPGA的前世今生，本节我们着重介绍FPGA的技术优势。

许多读者都知道FPGA功能强大，但它强大在哪儿？以单片机举例说明，我们都知道，单片机功能强大，几乎无所不能，而FPGA与之相比只强不弱。因为只要单片机能实现的功能，FPGA就一定能实现，当然这需要加一个大前提——在FPGA资源足够多的情况下。但是FPGA能实现的功能，单片机却不一定能够轻松实现，这是不争的事实，如果你不相信，那只能说明你还不了解FPGA。

说到这里，读者不禁要问，既然FPGA这么厉害，为什么单片机的使用范围更广？那是因为在商业中，价格往往是影响产品的重要因素之一。单片机的价格要远远低于FPGA，而且根据性能和资源的不同，FPGA的价格也存在很大差异，单枚FPGA芯片的价格从几十元到几十万元不等。与之相比，单片机的价格要便宜很多，同样的功能我们如果可以用价格低廉的单片机实现，就不会选择相对昂贵的FPGA了，除非单片机满足不了功能需求。所以公司自己进行开发时，为了节约成本，可能会选择更加便宜的单片机，而不会选择相对昂贵的FPGA，因为单片机、ARM这种微处理器的需求量很大，所以价格上更有优势。

但无论是单片机、ARM还是FPGA，它们都只是一种帮助我们实现功能的工具，具体如何选择，需要根据具体问题具体分析。总之，没有万能的工具，只有符合生产需求的工具。我们不应对某种工具存在偏见，要综合考虑。同样，当你了解得更多的时候，你会发现这些工具都需要掌握。

相信你在翻看本书目录时，不禁会产生一些疑问：本书涉及的诸多实验不就是单片机、ARM那些吗，也没发现FPGA有多强大。其实本书只是带你掌握FPGA的基本设计方法，更准确地说，这是一本FPGA的入门教程，FPGA有很多特殊的应用领域，而这些领域就不像是点亮一个小灯、驱动一个数码管、进行LCD显示、传输串口数据这么简单了，关于FPGA的具体应用方向，我们会在下一节详细列举。

FPGA的应用场景远没有单片机和ARM这么多，主要针对单片机和ARM无法解决的问题。比如要求灵活高效、高吞吐量、低批量延时、快速并行运算、可重构、可重复编程、可实现定制性能和定制功耗的情况，这些工作只能由FPGA承担。

而相对于出于专门目的而设计的集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），FPGA具有3点优势：

▪ 灵活性：通过对FPGA编程，FPGA可以执行ASIC能够执行的任何逻辑功能。FPGA的独特优势在于其灵活性，即随时可以改变芯片功能，在技术还未成熟的阶段，这种特性能够降低产品的成本与风险，在5G技术普及初期，这种特性尤为重要。

▪ 上市时间缩短：对FPGA编程后即可直接使用，FPGA方案无须经历三个月至一年的芯片流片周期，为企业争取了产品上市时间。

▪ 有一定成本优势：FPGA与ASIC的主要区别在于ASIC方案有固定成本而FPGA方案几乎没有，在使用量小的时候，采用FPGA方案无须一次性支付几百万美元的流片成本，同时也不用承担流片失败的风险，此时FPGA方案的成本低于ASIC的，随着使用量增加，FPGA方案在成本上的优势逐渐减少，超过某一使用量后，由于大量流片产生了规模经济，因此ASIC方案在成本上更有优势，如图1-9所示。

图1-9　FPGA方案和ASIC方案的成本比较

因此，FPGA通常在数字信号处理、视频处理、图像处理、5G通信领域、医疗领域、工业控制、云服务、加速计算、人工智能、数据中心、自动驾驶、芯片验证等领域发挥着不可替代的作用，如图1-10所示。只有掌握了通用的FPGA设计方法，才能在FPGA独领风骚的领域中大展宏图。

图1-10　FPGA应用方向