第1章
延续摩尔定律——FPGA的架构革新

20世纪60年代中期，英特尔公司的创始人之一，时任仙童半导体工程师的戈登·摩尔在《电子学》杂志发表了一篇论文，他在这篇论文中指出，芯片上晶体管的密度会每年提升一倍。在1975年，他进一步修改了这个规律，将晶体管翻倍的周期由每年改为每两年，这个规律在后来被人们称为“摩尔定律”。如同摩尔定律预测的那样，在过去的50年中，每隔一年半到两年，芯片内晶体管的密度都会翻倍，形成指数级的增长。同时，芯片的性能也随之取得指数级的增长，使用晶体管电路进行计算的成本和功耗也都在这50年间呈现指数级的下降。摩尔定律见证了半导体与集成电路技术的突破性发展，而这也是驱动人类社会和现代文明在这半个世纪里飞速前进的根本动力。

FPGA的发展，一直完美符合摩尔定律的描述。自1984年FPGA面世至今，FPGA的容量增长超过1万倍、运行速度增长超过100倍，同时其成本和功耗均降低并超过1000倍。这些发展一方面归功于半导体制造工艺的不断进步，另一方面，FPGA本身也在不断创造和设计新颖的芯片架构和系统，以不断延续这样的指数级发展轨迹。

随着半导体工艺突破10nm节点，并继续不断向原子极限推进，芯片架构设计的思路和方法也要随之不断更新和变革。对于FPGA来说，它的架构在未来应该如何继续发展，已经成为工业界和学术界一直在探讨的重要课题。那么，FPGA究竟是什么？它从发明至今经历了哪些发展阶段？它的未来发展阶段在何处？FPGA能否继续跟随摩尔定律的发展脚步？需要何种技术才能继续支撑摩尔定律的延续？接下来，就请跟随笔者的文字，在本章中寻找和探讨这些问题的答案。