第1章
延續摩爾定律——FPGA的架構革新

20世紀60年代中期，英特爾公司的創始人之一，時任仙童半導體工程師的戈登·摩爾在《電子學》雜志發表了一篇論文，他在這篇論文中指出，芯片上晶體管的密度會每年提升一倍。在1975年，他進一步修改了這個規律，將晶體管翻倍的周期由每年改為每兩年，這個規律在后來被人們稱為“摩爾定律”。如同摩爾定律預測的那樣，在過去的50年中，每隔一年半到兩年，芯片內晶體管的密度都會翻倍，形成指數級的增長。同時，芯片的性能也隨之取得指數級的增長，使用晶體管電路進行計算的成本和功耗也都在這50年間呈現指數級的下降。摩爾定律見證了半導體與集成電路技術的突破性發展，而這也是驅動人類社會和現代文明在這半個世紀里飛速前進的根本動力。

FPGA的發展，一直完美符合摩爾定律的描述。自1984年FPGA面世至今，FPGA的容量增長超過1萬倍、運行速度增長超過100倍，同時其成本和功耗均降低并超過1000倍。這些發展一方面歸功于半導體制造工藝的不斷進步，另一方面，FPGA本身也在不斷創造和設計新穎的芯片架構和系統，以不斷延續這樣的指數級發展軌跡。

隨著半導體工藝突破10nm節點，并繼續不斷向原子極限推進，芯片架構設計的思路和方法也要隨之不斷更新和變革。對于FPGA來說，它的架構在未來應該如何繼續發展，已經成為工業界和學術界一直在探討的重要課題。那么，FPGA究竟是什么？它從發明至今經歷了哪些發展階段？它的未來發展階段在何處？FPGA能否繼續跟隨摩爾定律的發展腳步？需要何種技術才能繼續支撐摩爾定律的延續？接下來，就請跟隨筆者的文字，在本章中尋找和探討這些問題的答案。