重寫硬體成真 現場可程式邏輯門陣列獲IEEE里程碑

商傳媒｜責任編輯／綜合外電報導

現場可程式邏輯門陣列（field-programmable gate array, FPGA）近期榮獲電機電子工程師學會（IEEE）頒發里程碑獎項，肯定其在半導體設計領域帶來的革命性創新。這項技術讓硬體得以重複修改而不需重新製造晶片，大幅降低開發風險並加速創新，特別是在半導體成本快速上漲的時期。《Aol.com》報導，這項發明使硬體設計具備軟體般的靈活性。

FPGA 的概念起源於 1980 年代，旨在解決運算領域的核心限制。傳統的微處理器依序執行軟體指令，雖然靈活但在需要大量並行運算的任務上顯得效率不足。而特殊應用積體電路（ASICs）雖然效率極高，卻需要漫長的開發週期與高昂的一次性工程成本。賽靈思（Xilinx）共同創辦人暨技術長羅斯·弗里曼（Ross Freeman）預見了摩爾定律（Moore’s Law）將使電晶體數量倍增，提出晶片設計應從追求極致效率轉向靈活性。他構想出在製造後仍可配置電路的晶片，如同空白錄音帶，由工程師定義其功能，將硬體設計的彈性從製造廠轉移到系統設計者手中。

1985 年，賽靈思推出了首款商用 FPGA 晶片 XC2064，內含 64 個可配置邏輯區塊，透過可程式路由通道，工程師能以軟體方式「編寫」客製化電路。這項技術奠定了現今仍在使用的設計流程：工程師描述硬體行為後，將設計「編譯」成 FPGA 可讀的指令，再將配置載入晶片。加州大學洛杉磯分校（University of California, Los Angeles）電腦科學教授叢京生（Jason Cong）在 FPGA 設計自動化與高階合成方面的研究，將 C/C++ 程式碼轉換為硬體設計，進一步提升了 FPGA 的可程式性與應用廣度。

早期，FPGA 主要用於連結處理器、記憶體和週邊設備的「膠合邏輯」（glue logic），以及作為特殊應用積體電路的開發原型。隨著製程技術進步與電晶體數量增加，FPGA 供應商將記憶體區塊、數位訊號處理單元、高速通訊介面等整合進晶片，使其成為多功能的運算平台。叢京生指出，FPGA 並非中央處理器（CPUs）或圖形處理器（GPUs）的替代品，而是與其在異質運算系統中互補，以平衡靈活性、效能和能源效率。現代運算平台日益結合多種處理器類型，正是為了滿足這些多元需求。

此次 IEEE 里程碑的頒發，不僅表彰了一項成功的半導體產品，更彰顯了工程師創新方式的轉變。重新配置硬體的能力，讓設計者能快速測試想法、改良架構，並在標準與市場不斷演進的環境下部署系統。超微半導體（Advanced Micro Devices）執行長蘇姿丰（Lisa Su）也出席了在美國聖荷西（San Jose, Calif.）舉行的頒獎典禮，見證這項硬體可重寫技術的歷史性時刻。叢京生強調，如果沒有 FPGA，硬體創新的速度可能會慢上許多，因為它讓矽晶片本身成為一個可被工程師「重寫」的媒介，持續不斷地實驗與創新。