十七年前發展出的現場可程式編輯邏輯閘陣列（Field Programmable Gate Array；FPGA）(註)，其概念十分簡單，也就是透過使用靜態隨機存取記憶體（SRAM），作為邏輯結構的基礎（其和在電腦中作為暫存程式儲存的技術是一樣的），專業設計人員將可以直接在其個人桌上型電腦上，立即研發整合邏輯電路。如此一來，這項技術的誕生與以往的固定邏輯特殊應用積體電路(ASICS)設計技術比較起來，將可大幅降低風險並避免延遲產品上市時程。

當這項使用者可自行編輯程式邏輯觀念初萌芽時，（這或許是第一次被由使用可程式編輯唯讀記憶體（PROMs）的企業工程師所發現），僅被視為一種可程式編輯的ASIC，並可以達到稍微優異於小型規模的整合。藉由PROMs技術，可達到相當的成本效益與邏輯密度，但在客製化邏輯上卻是很難與ASIC相提並論的。然而，有趣的是這項使用查詢表以建置邏輯功能的觀念，今日已是一項非常基本的技術，並已被應用在今日數以百萬的FPGA上。

FPGA技術原理

隨著現有密度與效能表現持續增加以逐漸滿足ASIC使用者的需求，今日FPGA已經逐漸形成一項主流科技。此外，FPGA的設計幾乎完全和ASIC一樣，也就是設計者的電路可以透過圖形化的低層次或高層次硬體語言，例如VHDL 或 Verilog，來進行設計工作。接下來可以合成這個描繪設計朝向FPGA的設計方向，其最終的結果是成為一個組態位元流（configuration bit stream），並透過可編程電路相互連接的對照表。就如同此對照表，這個組態位元流也決定了可編程電路的連接性。

由於可編輯程式是以揮發性（volatile）的SRAM技術為基礎，因此在每次關閉電源時產生了「重寫」組態位元流的需求，並重新應用到FPGA中。這個位元流通常包含在一個專門負責組態的外部記憶體內，或者以FPGA組態資訊儲存一部份的主要系統記憶體。

FPGA兩大優勢 － 率先上市和降低風險

在FPGA剛剛問世時，FPGA需要從一個外部記憶體來源取得的可編輯程式，因此，每當電源關閉時FPGA就會失去原本的組態結構，這普遍被視為FPGA的主要缺點。固定的ASICs則沒有類似這樣的需求或增加的複雜性，且在大部分的情況下，至少在每一單位成本方面，ASICs仍然比FPGA便宜很多。然而，對於那些產量相當低的應用元件，我們可以發現到ASIC的非重置成本，要比抵銷掉FPGA的高單位成本後，還要來的高。

由於這些成本限制，在過去的歷史經驗中，FPGA的使用就被歸類到那些產量較低、成本考量較少的應用上，且這些應用有大規模的整合需求。

經過一段時間的驗證後，FPGA一些其他率先問世的利益點，以及修復bugs或適應規格或標準的最後改變能力，使得業者在重要性與決定性的考量上，選擇以FPGA取代ASIC。這樣的事實一再被證明，即使與FPGA相比，ASIC解決方案能提供較低成本方案。然而，真正的限制是在於不知道在一個設計從FPGA轉移到ASIC時，單位產量和價格的差距能變成多大。

這些成為率先上市和降低風險的基礎利益點已被證實，且對於網路和通訊產業而言特別重要-根據一項數據證實，在具有50億美元市場規模的可編輯程式邏輯市場中，有70%是網路和通訊領域的應用。FPGA在這些市場中尤其重要，因為FPGA可以跟的上這些市場的速度和創新改革，同時可適應市場上持續發展出來的多種不同的新標準。

因應大眾需求的彈性

摩爾定律指出，由於半導體技術的不斷進步，ASIC的電晶體密度將以18個月為循環呈倍數成長。這個定律在業者朝向發展具更佳功能特色和效能的大型晶圓的過程中，扮演了相當重要的角色。這也持續刺激網路和通訊應用領域對於FPGA的強烈需求與消耗。

半導體技術的進步並不只讓FPGA的產量更大、生產速度更快，同時更讓現在生產的FPGA，單價比5年前便宜10,000%！這個結果讓以往實際使用在原型樣本、低產量、高階應用的FPGA，現在得以應用在一些最熱門、最新且高產量的消費性電子產品中。從MP3到DVD燒錄器、數位相機、數位數據機，以及其他消費性電器產品的主機上 - FPGA已快速的成為數位消費性產品革命中，一個關鍵性的驅動力。(圖一)

《圖一　消費性產品影、音、資料數位整合趨勢》

此外，過去一直被認為是缺點的可編輯程式，現在也被清楚地當作一個關鍵性的利益點，不只可加速產品上市時程，更可讓產品因具備升級與增加新功能的能力而延長產品的生命週期。

但為什麼使用可編輯邏輯程式，以及如何使用可編輯邏輯程式，有時和它實際被使用的應用一樣有趣。

重播電視／個人錄影機（Personal Video Recorder；PVR）

個人錄影機(PVRs)或許是最令人興奮的消費性產品之一，它能提供新的功能和能力，而這些功能可說是數位技術和FPGAs共同製造出的。相較於傳統的卡式錄影機，個人錄影機代表的是在能力與品質上的躍進。在一開始，個人錄影機如同重播電視（ReplayTV），能儲存最多60小時的節目，讓觀看者根據他們自己的時間表倒轉這些電視台的設定來觀看節目。傳統的類比影像節目逐漸轉變成使用MPEG 2編碼的數位化影像，並直接儲存於一個硬碟上 - 這可幫助即時搜尋存取和高品質影像成像。

ReplayTV同時包含了一個整合式的56K數據機，用來下載類似電視指南的程式，可以被搜尋且分類，就如同傳統的資料庫程式，這可驅動易錄設定和獨特的節目搜尋能力。

這個數據機連結同時可驅動傳統的獨特功能，例如重新裝配FPGA。這個可編輯邏輯程式是很單純的由下載一個新的位元流來更新。如果顧客的家中已經安裝了這個元件，位元流就會從ReplayTV的網際網路伺服器上下載下來。這讓個人影像紀錄器內的缺陷，即使在顧客帶回家後仍能被修復，同時也讓ReplayTV增加了必要的新功能。很明顯的，這樣的功能也延伸了產品的生命，而當市場的需求改變時，也不需要置換舊產品，顧客只需要重新編排這個元件的邏輯程式。

這樣的情形發生在以下背景：每晚，重播電視個人錄影機會自動從公司的伺服器上，下載電視節目表資訊。而在下載的同時，缺陷也被修復、作業系統被更新或程式被修正。用戶的元件在他睡覺時就被逐漸的改善，而不需要他直接介入操作。終端使用者從來都不會注意到系統的改變或修復，除非當個人錄影機的功能大幅改變到像加入了一個新功能一樣。(圖二)

《圖二　IRL(Internet Recofigurable Logic)示意圖》

舉例來說，ReplayTV發現它被迫要處理一個情況，造成家中有少許系統的影像噪音。系統中的某一個晶片有一個未註明出處的時間門檻開關問題，由於這個元件的控制信息是在FPGA中產生的，可能可以透過改變FPGA產生信息的時間點來解決這個問題。

公司的回應是在消除bug和取得證明的同時，將軟體的改變快速的上傳到區域中所有的重播電視系統。雖然有些顧客注意到影像品質的提昇，但多數的顧客從不了解這樣的改變曾經發生過。這就是一個由FPGA程序控制技術帶來的革新能力！

SCM - 智慧卡技術

隨著越來越多新興數位化消費性產品的出現，產品對於安全性與加密功能的需求也逐漸提昇。會產生這樣的需求，是因為消費者渴望透過多樣化的應用和不同的平台來處理遠端交易，並維持電子化資訊的安全交換。這些應用包括將寬頻內容傳遞到電腦、數位電視、網路音樂播放器，以及其他新興資訊家電的主機上。事實上，有越來越多的安全性和加密需求可藉由使用智慧卡來滿足，這個智慧卡是類似一張信用卡大小的小型元件，是使用者個人專屬，具有身份辨識和加密功能。

由於地區性的產品供應商持續的研究發展和修改加密技術，專門為數位內容和服務提供安全存取技術解決方案的領導供應商-SCM Microsystems將該公司許多產品設計成以 FPGA為基礎。SCM 相當倚賴FPGA可依據不同領域重新編輯的能力，以提供廣泛的應用，這也讓他們的產品在上市後，可應用在特殊消費性需求的產品上。這種FPGA基礎解決方案的彈性，讓SCM發展出一項成本低廉的標準產品，這項產品可被使用在許多不同的應用中，在高度競爭的消費性產品市場中成績斐然。

FPGAs 促進數位電子消費性產品

十七年以前，運用ASIC在桌上型電腦上，便已被認為是一項具備符合原本主要受限於產品原型和低量製造的新穎觀念。FPGA每次當其被開機啟動時都需要被程式編譯，這件事是被認為是一項缺點和風險的。

今日，由於其所具備低成本和高彈性的特點，FPGA已經找到一個廣泛應用的根基，同時已被經常使用在大範圍巨量、以價格為考量的應用，而此應用是需要重新可程式編譯，以檢測因應不斷持續變化的標準，和符合新一代數位消費性市場的需求。（註：FPGA概念是由美商智霖Xilinx首先提出）