扩张阶段：设计自动化的兴起

20世纪末是摩尔定律大放异彩的时代。在摩尔定律的指引下，半导体行业在这十几年里经历了飞速发展。与之对应的，FPGA在1992年到1999年之间迎来了自己的扩张阶段。此时由于芯片制程技术的持续突破，制造大尺寸的芯片已经不像以前那么困难了。对于FPGA来说，不断提升自身的容量就成为了自然而然的选择。FPGA包含的逻辑单元、I/O引脚、时钟和布线等片上资源的数量都在持续增加。伴随着FPGA容量的增长，曾经非常宝贵的芯片面积也逐渐变得相对廉价，这也直接影响了很多电路设计方法论的发展。例如，在此时就出现了“面积换性能”之类的电路设计方法。

更大的芯片面积也给FPGA的架构创新提供了更多的想象空间。例如，FPGA可编程单元中的LUT查找表结构，从最初的三输入，开始变成四输入和六输入，甚至更多。在这些基本的可编程单元内部，还逐渐增加了寄存器和多路选择器等更多额外功能。渐渐地，这些FPGA片上资源的互连复杂性已经开始取代逻辑结构的复杂性，并成为FPGA厂商需要优先解决的问题。

与前一个阶段相比，在扩张阶段发生的另一个主要的变化就是FPGA自动设计工具和软件的兴起。由于FPGA结构变得越来越复杂，出现了针对FPGA进行优化设计的自动综合、布局和布线的EDA工具，使用这些工具进行FPGA设计，也逐渐成为了FPGA开发的主流方法。和ASIC设计不同的是，FPGA厂商并没有依赖传统EDA公司提供的这些设计工具，而是走了自主研发的道路。这是由于FPGA公司敏锐地认识到，只有将EDA技术掌握在自己手中，才能牢牢把握FPGA发展的未来。而这个看法，现在已被证明是juedui的真理。FPGA厂商针对自家FPGA产品开发的设计自动化工具，如英特尔（原Altera）的Quartus系列、赛灵思的ISE和Vivado系列等，一直被认为是这些公司“皇冠上的明珠”。早年间，由于各个厂商FPGA主体架构都比较相似，如何优化自家的设计工具，以取得更加出色的性能，就成为了FPGA厂商努力竞争的主战场。这些EDA工具中包含的各种专利与技术机密，也为这些公司构建了深厚的技术护城河。

累积阶段：复杂片上系统的形成

进入21世纪，FPGA的发展进入了累积阶段。人们发现，FPGA的发展此时遭遇了瓶颈，因为单纯提升FPGA的容量已经不能满足各类应用的需求。同时，很多客户开始追求更高的性价比，并不愿意为过大的FPGA买单。在这个大环境下，FPGA开始从单纯的可编程门阵列，逐步转变为拥有复杂功能的可编程片上系统。除了进一步改进可编程逻辑单元本身的微架构之外，FPGA厂商还在FPGA的易用性上做足了功夫。例如，它们推动定义了诸多标准化的数据传输协议，方便不同设计和模块之间的互连与通信。它们还为很多重要而常见的功能开发了可以重复使用的IP核，例如软核微处理器（英特尔/Altera的NIOS，赛灵思的MicroBlaze）、存储控制器和各种通信协议栈等，可以供客户直接调用而无须再从头制造轮子。

与此同时，很多专用的逻辑单元也被添加到FPGA器件中，并逐渐成为现代FPGA的“标配”。例如，用于数学计算的加法进位链、乘法器、定点与浮点DSP单元，固定容量的片上存储器，以及各种速率的串行收发器和物理接口等。随着人工智能的兴起，AI引擎、可变精度的DSP等针对AI应用开发的IP核也被固化到FPGA中。可以看到，现代FPGA已经成为了各类全新科技的集大成者，而这也会反过来促使FPGA在更多应用场景里被使用。