讲述FPGA前，我们先讲讲当年中兴被制裁的问题。
美国前总统特朗普曾经发布过一条禁令，由于中兴违反了美国的某个条例，禁止美国已经国外任何一家公司向中兴销售FPGA芯片。
这个时候，一定会有抬杠青年说，我见过国内生产的FPGA芯片，还用过呢。【通常遇到这一类质疑声，我一般都会说：你是对的!】
后来中兴没有办法，只能妥协了，美国派了人入驻中兴，还签了一些协议。最后才恢复到原来的买卖关系中。
要知道CPU、GPU、FPGA三者能力相加就是芯片的未来!
FPGA门槛之高在芯片行业里无出其右。
FPGA是一个本领群集型的行业，没有坚实的本领功底，很难造成有角逐力的产物。
好了，我们来介绍下到底什么是FPGA吧!
FPGA 是一种硬件可重构的体系结构。它的英文全称是Field Programmable Gate Array，中文名是现场可编程门阵列。
FPGA就是一个可以通过编程来改变内部结构的芯片，FPGA常年来被用作专用芯片(ASIC)的小批量替代品，
同时也在微软、百度等公司的数据中心大规模部署，以同时提供强大的计算能力和足够的灵活性。
在没有FPGA之前，要想实现一个新计算机体架构的设计想法，
必须要开发一个ASIC作为原型，在面板上安装很多个体积庞大的IC。
但是，与这些需要投入巨大成本和精力的方式不同，一旦用户创建了具有多个FPGA的原型板，就可以立即运行您设计的新架构。
而且，修正和更改规格也变得轻松简单。
要知道、流片的价格可不低!
因此，许多新的架构应运而生因此，对可重构处理器的研究和对新FPGA架构的研究也开始蓬勃发展，
在此之后，FPGA使用灵活，适用性强的特征在通信/图像处理领域也大获好评，并将其应用于路由器等通信网络的各种设备中。
可编程FPGA技术于上个世纪80年代初由美国赛灵思Xilinx公司发明。
Xilinx于1985年首次推出商业化产品“XC2000”。
近40年来，先后有超过60家以上的公司从事过FPGA技术与产品的研发，
其中包括Intel、IBM、AMD、TI、GE、AT&T、摩托罗拉、朗讯、三星、东芝、飞利浦等实力雄厚的大公司，
但绝大多数在耗费了上亿美元后功亏一篑!
欧洲、日本、韩国、等经济强国和中国台湾等地区都尚未真正掌握其核心技术。
FPGA是集成电路大产业中的小领域，5G和AI为行业增长提供确定性，国产替代叠加行业增长，国产FPGA市场腾飞在即。
全球FPGA市场规模走势及未来预测：
借助5G、自动驾驶、AI，FPGA需求还在逐步增大，未来空间还非常巨大。
通信领域需要高速的通信协议处理方式，另一方面通信协议随时都在修改，不适合做成专门的芯片，所以能够灵活改变的功能的FPGA就成了首选
电信行业一直大量使用FPGA。电信标准不断变化，建造电信设备非常困难，因此首先提供电信解决方案的公司往往会占领最大的市场份额。由于ASIC需要花费很长时间才能制造，因此FPGA提供了捷径的机会。最初的电信设备版本开始采用FPGA，这引发了FPGA价格冲突。尽管FPGA的价格与ASIC仿真市场无关紧要，但电信芯片的价格却很重要。许多年前，AT&T和朗讯制造了自己的FPGA，称为ORCA(优化的可重配置单元阵列)，但就硅片的速度或尺寸而言，它们与Xilinx或Altera不具有竞争优势。
FPGA对于复杂信号的处理性很强，可以处理多维信号。
利用FPGA构建一个嵌入式的底层环境，然后在此之上编写一些嵌入式软件，事务性的操作更加繁杂一些，对FPGA的操作较少。
目前CPU很难做到多通道处理和只能检测分析，但是加上FPGA之后就可以轻松解决了，尤其在图形算法领域有得天独厚的优势。
FPGA可以做到多通道的马达控制，目前马达电力消耗占据全球能源消耗的大头，在节能环保的趋势下，未来各类精准控制马达得以采用，一片FPGA就可以控制大量的马达。
FPGA多年来被四大巨头Xilinx(赛灵思)、Altera(阿尔特拉)、Lattice(莱迪思)、Microsemi(美高森美)垄断。
还有一些小公司勉强在夹缝中生存。
其中Xilinx(赛灵思)是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商。Xilinx研发、制造并销售范围广泛的高级集成电路、软件设计工具以及作为预定义系统级功能的IP(Intellectual Property)核。
国外三巨头占据90%全球市场，国产厂商暂时落后。
FPGA市场呈现双寡头垄断格局，Xilinx和Altera分别占据全球市场56%和31%，
在中国FPGA市场中，占比也高达52%和28%，
由于技术、资金、人才上的壁垒及FPGA量产带来的规模经济，行业领导者地位较为稳定。
国产厂商目前在中国市场占比约4%，未来随着国产厂商技术突破，
FPGA领域国产替代或将是百亿级的机会，替代空间广阔。
Altera目前已被Intel收购，AMD正在收购赛灵思，预计2021年底完成收购。
FPGA有个最重要的概念就是IP核。
IP(Intelligent Property) 核是具有知识产权核的集成电路芯核总称，是经过反复验证过的、具有特定功能的宏模块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中。
如果还不理解，你就当他是一个软件模块，或者是一个积木的部件。
比如赛灵思已经基于FPGA设计好了UDP 核、PCIE xDMA 核、UART 核，我们只需要把人家的核添加到我们工程中，那么就相当于与我们的板子已经支持了这个功能。
对于FPGA 开发软件，其提供的IP核越丰富，用户的设计就越方便，其市场占用率就越高。
一句话：IP核很值钱!
talk is cheap，show you code!
下面我们举一个例子来讲解
下面我们用verilog实现超前进位加法器：
代码：
结果：
可以看到，这个和一般的高级语言差别比较大。
学习FPGA必须有过硬的硬件电路基础。
上述为lattice的一款FPGA架构，你可以把它想象成一块放满电子元件的硬件电路板，图中“电路板”上的元件有IIC和SPI硬核接口“器件”，有NVCM程序存储“器件”，有RAM数据存储“器件”，还有最小单元的LUT(查找表)器件。
一般FPGA工程师会使用硬件描述语言Verilog或者VHDL对FPGA进行“编程”，之后，再经过厂家提供的FPGA开发工具(Diamond或Radiant、vivado)的综合、布局、布线，会产生bit文件或bin文件。
如果工程师将最终产生的bit文件或bin文件下载到FPGA中，就相当于一位硬件工程师，在FPGA芯片这块已经放置了“元件”的“电路板”上，进行了布线操作。(也就是把毫无关联的与器件，用铜线连接起来)
下载程序后的FPGA，我们就不能简单称之为“电路板”了。
举个例子，FPGA实现的功能是SPI转并口，那么这块FPGA就可以称为“spi接口转换板”。
当然，FPGA和“电路板”终究是不同的，FPGA可以进行重复编程，相当于一块可以反复布线的电路板。
1. FPGA与GPU的区别本质上是体系结构的区别
CPU、GPU 都属于冯·诺依曼结构，指令译码执行、共享内存。
FPGA 本质上是无指令、无需共享内存的体系结构。
FPGA结构——无需仲裁与共享内存：对于保存状态的需求，FPGA 中的寄存器和片上内存(BRAM)是属于各自的控制逻辑的，无需不必要的仲裁和缓存。对于通信的需求，FPGA 每个逻辑单元与周围逻辑单元的连接在重编程(烧写)时就已经确定，并不需要通过共享内存来通信。
FPGA 同时拥有流水线并行和数据并行，而 GPU 几乎只有数据并行(流水线深度受限)。
然而所有的计算单元必须按照统一的步调，做相同的事情(SIMD，Single Instruction Multiple Data)。
这就要求 10 个数据包必须一起输入、一起输出，输入输出的延迟增加了。
总结一句话，很多算法如果用纯软件实现，需要很多条指令才能完成， 如果用FPGA，只需要在有限个时钟周期即可完成，速度快的不是一点半腥。
FPGA军品使用非常广泛，基本上只要涉及无线通信的产品都会涉及到FPGA开发。
尤其在高校里，应用非常广， 这个领域，特别容易发论文(博士论文)
还有一些其他领域都是些小公司，工控机器人，3d成像，裸眼3d公司，led拼接屏公司，
通信领域用的比较多，还有些大数据的，比如说腾讯和百度也有类似的岗位做数据挖掘
一口君随手截取了某APP发布的南京、上海、深圳的FPGA岗位信息。
可见收入一般2万到5万，
和互联网寡头动辄上百万年薪，没法比，
和金融收入也没法比，
整体来说中规中矩吧!
工资会很高，越老越厉害，后面就比软件工资高了。
一口君曾经和龙芯的技术人员交流过，他们的中流砥柱都是做FPGA出身的!