十七年前发展出的现场可程式编辑逻辑闸阵列（Field Programmable Gate Array；FPGA）(注)，其概念十分简单，也就是透过使用静态随机存取记忆体（SRAM），作为逻辑结构的基础（其和在电脑中作为暂存程式储存的技术是一样的），专业设计人员将可以直接在其个人桌上型电脑上，立即研发整合逻辑电路。如此一来，这项技术的诞生与以往的固定逻辑特殊应用积体电路(ASICS)设计技术比较起来，将可大幅降低风险并避免延迟产品上市时程。

当这项使用者可自行编辑程式逻辑观念初萌芽时，（这或许是第一次被由使用可程式编辑唯读记忆体（PROMs）的企业工程师所发现）​​，仅被视为一种可程式编辑的ASIC，并可以达到稍微优异于小型规模的整合。藉由PROMs技术，可达到相当的成本效益与逻辑密度，但在客制化逻辑上却是很难与ASIC相提并论的。然而，有趣的是这项使用查询表以建置逻辑功能的观念，今日已是一项非常基本的技术，并已被应用在今日数以百万的FPGA上。

FPGA技术原理

随着现有密度与效能表现持续增加以逐渐满足ASIC使用者的需求，今日FPGA已经逐渐形成一项主流科技。此外，FPGA的设计几乎完全和ASIC一样，也就是设计者的电路可以透过图形化的低层次或高层次硬体语言，例如VHDL 或 Verilog，来进行设计工作。接下来可以合成这个描绘设计朝向FPGA的设计方向，其最终的结果是成为一个组态位元流（configuration bit stream），并透过可编程电路相互连接的对照表。就如同此对照表，这个组态位元流也决定了可编程电路的连接性。

由于可编辑程式是以挥发性（volatile）的SRAM技术为基础，因此在每次关闭电源时产生了「重写」组态位元流的需求，并重新应用到FPGA中。这个位元流通常包含在一个专门负责组态的外部记忆体内，或者以FPGA组态资讯储存一部份的主要系统记忆体。

FPGA两大优势 － 率先上市和降低风险

在FPGA刚刚问世时，FPGA需要从一个外部记忆体来源取得的可编辑程式，因此，每当电源关闭时FPGA就会失去原本的组态结构，这普遍被视为FPGA的主要缺点。固定的ASICs则没有类似这样的需求或增加的复杂性，且在大部分的情况下，至少在每一单位成本方面，ASICs仍然比FPGA便宜很多。然而，对于那些产量相当低的应用元件，我们可以发现到ASIC的非重置成本，要比抵销掉FPGA的高单位成本后，还要来的高。

由于这些成本限制，在过去的历史经验中，FPGA的使用就被归类到那些产量较低、成本考量较少的应用上，且这些应用有大规模的整合需求。

经过一段时间的验证后，FPGA一些其他率先问世的利益点，以及修复bugs或适应规格或标准的最后改变能力，使得业者在重要性与决定性的考量上，选择以FPGA取代ASIC。这样的事实一再被证明，即使与FPGA相比，ASIC解决方案能提供较低成本方案。然而，真正的限制是在于不知道在一个设计从FPGA转移到ASIC时，单位产量和价格的差距能变成多大。

这些成为率先上市和降低风险的基础利益点已被证实，且对于网路和通讯产业而言特别重要-根据一项数据证实，在具有50亿美元市场规模的可编辑程式逻辑市场中，有70 %是网路和通讯领域的应用。 FPGA在这些市场中尤其重要，因为FPGA可以跟的上这些市场的速度和创新改革，同时可适应市场上持续发展出来的多种不同的新标准。

因应大众需求的弹性

摩尔定律指出，由于半导体技术的不断进步，ASIC的电晶体密度将以18个月为循环呈倍数成长。这个定律在业者朝向发展具更佳功能特色和效能的大型晶圆的过程中，扮演了相当重要的角色。这也持续刺激网路和通讯应用领域对于FPGA的强烈需求与消耗。

半导体技术的进步并不只让FPGA的产量更大、生产速度更快，同时更让现在生产的FPGA，单价比5年前便宜10,000%！这个结果让以往实际使用在原型样本、低产量、高阶应用的FPGA，现在得以应用在一些最热门、最新且高产量的消费性电子产品中。从MP3到DVD烧录器、数位相机、数位数据机，以及其他消费性电器产品的主机上 - FPGA已快速的成为数位消费性产品革命中，一个关键性的驱动力。 (图一)

《图一 消费性产品影、音、数据数字整合趋势》

此外，过去一直被认为是缺点的可编辑​​程式，现在也被清楚地当作一个关键性的利益点，不只可加速产品上市时程，更可让产品因具备升级与增加新功能的能力而延长产品的生命周期。

但为什么使用可编辑逻辑程式，以及如何使用可编辑逻辑程式，有时和它实际被使用的应用一样有趣。

重播电视／个人录影机（Personal Video Recorder；PVR）

个人录影机(PVRs)或许是最令人兴奋的消费性产品之一，它能提供新的功能和能力，而这些功能可说是数位技术和FPGAs共同制造出的。相较于传统的卡式录影机，个人录影机代表的是在能力与品质上的跃进。在一开始，个人录影机如同重播电视（ReplayTV），能储存最多60小时的节目，让观看者根据他们自己的时间表倒转这些电视台的设定来观看节目。传统的类比影像节目逐渐转变成使用MPEG 2编码的数位化影像，并直接储存于一个硬碟上 - 这可帮助即时搜寻存取和高品质影像成像。

ReplayTV同时包含了一个整合式的56K数据机，用来下载类似电视指南的程式，可以被搜寻且分类，就如同传统的资料库程式，这可驱动易录设定和独特的节目搜寻能力。

这个数据机连结同时可驱动传统的独特功能，例如重新装配FPGA。这个可编辑逻辑程式是很单纯的由下载一个新的位元流来更新。如果顾客的家中已经安装了这个元件，位元流就会从ReplayTV的网际网路伺服器上下载下来。这让个人影像纪录器内的缺陷，即使在顾客带回家后仍能被修复，同时也让ReplayTV增加了必要的新功能。很明显的，这样的功能也延伸了产品的生命，而当市场的需求改变时，也不需要置换旧产品，顾客只需要重新编排这个元件的逻辑程式。

这样的情形发生在以下背景：每晚，重播电视个人录影机会自动从公司的伺服器上，下载电视节目表资讯。而在下载的同时，缺陷也被修复、作业系统被更新或程式被修正。用户的元件在他睡觉时就被逐渐的改善，而不需要他直接介入操作。终端使用者从来都不会注意到系统的改变或修复，除非当个人录影机的功能大幅改变到像加入了一个新功能一样。 (图二)

《图二 IRL(Internet Recofigurable Logic)示意图》

举例来说，ReplayTV发现它被迫要处理一个情况，造成家中有少许系统的影像噪音。系统中的某一个晶片有一个未注明出处的时间门槛开关问题，由于这个元件的控制信息是在FPGA中产生的，可能可以透过改变FPGA产生信息的时间点来解决这个问题。

公司的回应是在消除bug和取得证明的同时，将软体的改变快速的上传到区域中所有的重播电视系统。虽然有些顾客注意到影像品质的提升，但多数的顾客从不了解这样的改变曾经发生过。这就是一个由FPGA程序控制技术带来的革新能力！

SCM - 智慧卡技术

随着越来越多新兴数位化消费性产品的出现，产品对于安全性与加密功能的需求也逐渐提升。会产生这样的需求，是因为消费者渴望透过多样化的应用和不同的平台来处理远端交易，并维持电子化资讯的安全交换。这些应用包括将宽频内容传递到电脑、数位电视、网路音乐播放器，以及其他新兴资讯家电的主机上。事实上，有越来越多的安全性和加密需求可藉由使用智慧卡来满足，这个智慧卡是类似一张信用卡大小的小型元件，是使用者个人专属，具有身份辨识和加密功能。

由于地区性的产品供应商持续的研究发展和修改加密技术，专门为数位内容和服务提供安全存取技术解决方案的领导供应商-SCM Microsystems将该公司许多产品设计成以 FPGA为基础。 SCM 相当倚赖FPGA可依据不同领域重新编辑的能力，以提供广泛的应用，这也让他们的产品在上市后，可应用在特殊消费性需求的产品上。这种FPGA基础解决方案的弹性，让SCM发展出一项成本低廉的标准产品，这项产品可被使用在许多不同的应用中，在高度竞争的消费性产品市场中成绩斐然。

FPGAs 促进数位电子消费性产品

十七年以前，运用ASIC在桌上型电脑上，便已被认为是一项具备符合原本主要受限于产品原型和低量制造的新颖观念。 FPGA每次当其被开机启动时都需要被程式编译，这件事是被认为是一项缺点和风险的。

今日，由于其​​所具备低成本和高弹性的特点，FPGA已经找到一个广泛应用的根基，同时已被经常使用在大范围巨量、以价格为考量的应用，而此应用是需要重新可程式编译，以检测因应不断持续变化的标准，和符合新一代数位消费性市场的需求。 （注：FPGA概念是由美商智霖Xilinx首先提出）