FPGA，全称为 Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列，是一种特殊的半导体芯片。它与我们熟知的 CPU、GPU 等芯片一样，是构成现代电子设备的核心部件。FPGA 的独特之处在于它的 “可编程” 特性，这意味着它可以根据需要重新配置，以执行不同的任务。这与大多数其他芯片不同，后者一旦制造出来，其功能就固定不变。FPGA 的核心是由大量的逻辑门组成的门阵列，这些逻辑门可以进行基本的二进制运算，如逻辑与、或、非等操作。通过编程，这些逻辑门可以被组合成复杂的电路，以实现特定的功能。这种灵活性使得 FPGA 在设计和开发阶段非常有用，尤其是在需要快速原型验证或硬件仿真时。FPGA 的发展历程可以分为三个阶段：发明阶段、扩张阶段和累积阶段。在发明阶段，FPGA 主要用于 ASIC（应用特定集成电路）流片前的测试和验证，帮助降低流片风险。扩张阶段见证了 FPGA 容量的增加和设计自动化工具的兴起。到了累积阶段，FPGA 已经发展成为一种集成了多种硬件资源和 IP 核的复杂系统，如处理器内核和 AI 引擎。随着技术的进步，FPGA 的架构也在不断演进。赛灵思的 SSI 技术和英特尔的 EMIB 技术是两种先进的 3D 芯片封装技术，它们通过不同的方式提升 FPGA 的性能和良率。SSI 技术通过堆叠硅片互联来提升良率，而 EMIB 技术则通过硅桥接层连接硅片，降低系统制造复杂度和传输延时。在多用户支持方面，FPGA 可以通过多个 FPGA 级联来实现，每个 FPGA 负责单个或少量用户的需求。这种多租户 FPGA 虚拟化架构需要软硬件两个层面的支持。硬件层面需要实现多 FPGA 互连，形成 FPGA 资源池，并与其他硬件结构如 CPU、GPU 等协同工作。软件层面则需要一个虚拟化框架来管理用户任务的 FPGA 部署和资源调度。微软的 Catapult 项目和 IBM 的 cloudFPGA 项目都是多租户 FPGA 虚拟化的典型例子。Catapult 项目通过集成弹性路由单元，实现了多用户的网络通信。而 cloudFPGA 项目则将 FPGA 作为网络设备接入数据中心网络，成为池化的硬件加速资源。FPGA 虚拟化技术的未来研究将集中在资源池、虚拟化框架以及多用户支持的深入研究上。这包括研究更先进的互连与通信方法，提高 FPGA 虚拟化技术的安全性与可靠性，以及支持不同的 FPGA 架构和开发环境。随着摩尔定律的讨论，FPGA 领域也在不断探索新型架构和制造工艺，以延续芯片性能的提升。同时，FPGA 也在数据中心、电信网络等领域扮演着越来越重要的角色。新型计算模式如量子计算、类脑计算等也将与 FPGA 结合，形成新的研究方向。总之，FPGA 的可编程性和灵活性使其成为电子设计和开发中不可或缺的工具。随着技术的不断进步，FPGA 的应用范围将越来越广泛，其在未来的发展潜力巨大。

正如作者所说，这本书和其它介绍 FPGA 的书不同之处在于：本书介绍的是渊源历史，讲清楚了 FPGA 的发展由来。不是教怎么用这项技术，而是为什么用。书中集中介绍领域内的顶尖学者和 25 项重要研究成果，是用另一种方式为读者提供的入门阶梯。

详细介绍了 FPGA 架构的发展过程，以及目前 FPGA 最热的应用场景，值得一读。对于 FPGA 开发的难度，感受颇深，但痛并快乐着