当FPGA初 次出现在市场上时，业界普遍相信它将是ASIC的一个低成本替代产品。它无需制作掩模，而且允许设计师随意地更改设计，当时FPGA所需要的所有东西似乎 只要再增加一点逻辑容量，以有能力在除大批量生产之外的所有领域取代ASIC。不过，经验表明：要想使FPGA变成定制逻辑的批量生产型替代产品，较少的 逻辑容量看起来更具吸引力。

这一趋势形成的原因之一是可编程逻辑的裸片成本。在特定工艺下，实现相同功能的可编程逻辑所需的裸片尺寸通常是专用逻辑的50到100倍。由于裸片尺寸直接影响到元件成本，因此实现相同功能的FPGA成本最终比专用逻辑要高很多。

不过，对小型FPGA而言，这一增大的裸片面积并不构成问题。因为小型FPGA通常受焊盘限制(pad-limited)，其裸片尺寸主要由I/O管脚数而非门数决定。只要足够的逻辑容量能够做进这一可用空间内，基本上不需要考虑尺寸成本。

因 为较小的容量消除了FPGA的成本惩罚，所以这类器件已经进入到批量生产应用中。它的一个很大的应用市场就是在胶合逻辑(glue logic)和其它小型定制逻辑元件的设计中取代PLD。这样做的原因之一是FPGA可为设计人员同时提供存储器件和逻辑器件，而PLD一般不具备存储 器。许多现代系统即使是在胶合逻辑中也采用串行I/O结构，而这恰恰需要一些缓存器。

复杂的SoC设计不受焊盘限制，因此可编程逻辑电路的裸片尺寸将非常大。可编程逻辑的一个传统应对方法是缩小工艺尺寸以降低特定功能所需的面积，尽管这有助于控制FPGA的成本，但却带来了一个新问题：功耗。

百 万门级的FPGA仅仅维持配置就需要消耗相当大的功率。而且，由于可编程逻辑使用了更多的晶体管来实现一个特定逻辑块，因此其功耗也就比同等的ASIC 大。工艺尺寸的缩小使功率问题更加突出。更小的工艺尺寸增加了漏电流的级别，从而增加了大型FPGA的等待和闲置电流。因而对许多应用而言，降低大型 FPGA售价的努力常常导致其功耗过大。

设计灵活、无掩膜费用、无最低定购数量等这些FPGA的最初优点现在仍然很有价值。 如果有缺点的话，那就是随着掩膜成本接近每套100万美元以及设计失误的成比例增加，FPGA的价格也增加了。不过，容量越大越好的FPGA却没能有效地 利用其上述优点。相反，更少量的可编程逻辑混合固定的常规逻辑，无论在裸片尺寸还是在功耗方面都能达到更高效率。

考虑一个百 万门级FPGA。如果你利用固定逻辑来替代10%的可编程逻辑(例如处理器内核)，那么你可以在相同的裸片面积上获得将近六百万个门，假定FPGA裸片面 积惩罚是保守的50:1。如将这个替代数字增加到50%，那么你将可以获得2500万个门，这对于满足大部分SoC设计需要来说绰绰有余。因此，降低可编 程逻辑的数量可以大大增加给定裸片面积内的功能。

这类混合器件设计还提供了一些其它选项。在具有与百万门级FPGA相同功能 的情况下，混合设计占用更少的裸片面积，因而可以减少成本。混合设计还可以利用一个更为成熟的主流工艺技术来实现。这样做或许裸片面积不会减少，但泄漏电 流会降低，从而使它成为一种更低功率的替代选择。

混合固定和可编程逻辑这一做法很有意义，尤其是对大型设计而言。尽管胶合逻 辑和其它小型设计单元几乎全部使用专用逻辑，但大部分大型设计却使用许多标准单元，比如RISC处理器、以太网媒体访问控制器(MAC)和并行I/O。设 计人员在可编程逻辑中创建这类单元没有任何优势可言，因此它们非常适合采用固定逻辑来实现。

在一定程度的通用领域和在更大程度的垂直市场中，混合可编程逻辑和固定逻辑器件可以找到用武之地。这些混合器件(有时称为平台FPGA)已经在市场上展露头脚。它们同时提供了FPGA的灵活性与固定逻辑的成本有效性，现在的关键是寻找一个正确的结合比例。

许 多第一代产品在使用固定逻辑方面多少带些探索性，只集成一个处理器内核或很少的几项功能。尽管这种做法朝正确方向迈出了一步，但它们带来的好处却很有限。 在中等生产批量的设计领域，更为均衡的结合方式的出现使得平台FPGA成为ASIC、结构化ASIC或纯FPGA设计方法的一个极有吸引力的替代方案。

找到合适的平衡点是一个挑战。过多的可编程逻辑会增加成本和功率方面的损失；而过多的固定逻辑则会削减平台FPGA的适用性。如果没有广阔的应用基础，平台FPGA就无法获得最小化单位成本所需的市场批量。

当然这主要取决于市场，但看起来需要50:50或更高的比率才能达到性能和价格之间的正确平衡。

无论事实证明恰当的结合点是什么，有一点很明确，那就是大型FPGA决不可能成为系统设计问题的大批量解决方案。小型的纯专用设计，或一部分是可编程、一部分是固定逻辑的大型设计，将成为可编程逻辑的支柱产品。无论在哪种情况下，可编程逻辑较少的FPGA均更有优势。

作者：Tim Saxe，工程部副总裁，E-mail: saxe@quicklogic.com，Brian Faith，逻辑产品部总监，faith@quicklogic.com，QuickLogic公司