FPGA正朝3D IC及SoC設計形式演進。得益于28納米先進制程所帶來的低功耗、小尺寸優勢，FPGA不僅已能整合處理器核心，朝SoC方案演進，藉此提升整合度及產品性能，更可實現多種異質元件整合的3D IC，將有助開發人員設計出更智能的嵌入式系統。

　　現場可編程閘陣列（FPGA）廠商在28納米（nm）制程節點上推出多項全新技術，為客戶新一代的系統設計帶來意義重大的價值。在新的制程競賽中，FPGA 業者并非只將現有的FPGA架構移植到新的制程節點上，而是力求各種FPGA的創新，并在市場上推出三維晶片（3D IC）和系統單晶片（SoC）元件。

　　這些3D IC與SoC產品采用各種形式的可編程技術，包括從可編程硬件到軟件、數字到模擬和混合信號（AMS）、單晶片到多晶片3D IC方案（圖1）。有了這些全新的3D IC與SoC元件，設計團隊就能進一步提升可編程系統的整合度、增加整體系統效能、降低整體物料清單（BOM）成本，以及以更快的速度，向終端市場推出更創新的智慧型產品。

　　在性能升級之下，SoC FPGA在車用領域市占攀升。　圖片來源：賽靈思

　　目前FPGA廠商經過多年原型設計和評估所開發出的全新元件也進入量產階段，如賽靈思（Xilinx）與臺積電合作推出全新高效能、低功耗28納米晶片制程技術，不僅是專為FPGA量身打造，更具有最佳的高效能和低功耗特性；另外，該公司成立頂尖的EDA設計團隊來開發全新現代化設計套件，不僅可讓客戶在采用其五個28納米元件系列時能提高工作效率，更能夠滿足往后10年客戶對于3D IC與SoC元件的可擴充性需求。

　　先進納米制程助陣　SoC FPGA異軍突起

　　SoC FPGA整合三種適用于大規模客制化的可編程設計功能，包括硬件、軟件和輸入輸出（I/O）可編程設計。

　　從 90年代后期開始，FPGA供應商紛紛推出軟核處理器，客戶可將這種核心整合至FPGA的邏輯結構中，讓設計團隊能夠在統一的架構中緊密結合處理和邏輯功能，并進一步降低BOM成本。過程中，許多軟件處理器都被用作嵌入式狀態機 （Embedded State Machine），而非用來執行各種更復雜系統中的作業系統和軟件堆疊。

　　2005年左右，新的半導體制程讓FPGA廠商能夠推出更高容量的元件，于是廠商開始將硬核處理器與FPGA邏輯配合使用，藉此有效且大幅提升FPGA的處理效能，如賽靈思先后在其高階的Virtex FX元件系列中加入PowerPC中央處理器（CPU）核心。

　　相較于軟件核心方案，加入硬核處理器的Virtex FX系列即可大幅提高處理器效能，然設計團隊則要先對FPGA邏輯進行程式設計才能為處理器設計程式。一旦要為FPGA邏輯設計程式，設計團隊就須建置自己的周邊功能和存儲器子系統，并須建置“嵌入式系統”和相關進出邏輯的管道。

　　熟悉FPGA設計的專家當然可提升處理器效能，不過相較于更受歡迎的傳統嵌入式系統設計方法，這種架構更為復雜。在此經驗基礎上，賽靈思于2008年開始進行Zynq-7000 All Programmable SoC的架構設計，同時開始著手建構相關的產業體系，包括硬件和軟件開發工具，甚至基礎架構，以促進元件的編程設計作業。

　　此外，賽靈思選擇得到充分支援的1GHz頻率安謀國際（ARM）A9雙核處理器系統，并與ARM合作建立AXI4介面標準，在架構的邏輯部分，能讓協力廠商、賽靈思和客戶開發的核心都有隨插即用的利便性。

　　此外，賽靈思也讓Zynq系列能從處理器直接啟動，讓系統設計人員能以熟悉的方式投入開發工作，并可盡快著手軟件開發，進而加快產品上市時間。由于可先啟動處理器，軟件設計人員即便不熟悉FPGA邏輯或硬件設計也能使用元件，甚至還能擴展編程設計范圍。此外，該公司還提供豐富的外部硅智財（IP）和具可編程功能的高速I/O，不僅能為客戶提供一顆FPGA，甚至是一顆FPGA和一個處理器，更可實現真正的SoC FPGA。