商傳媒｜責任編輯／綜合外電報導

全球眾多尖端電子系統，包括網際網路路由器、無線基地台、醫學影像掃描儀以及部分人工智慧工具，其運作核心仰賴現場可程式邏輯閘陣列（FPGA）技術。超微半導體（AMD）位於加利福尼亞州聖荷西的園區，即賽靈思（Xilinx）前總部所在地與此項技術的發源地，已於今年 3 月 12 日舉行揭牌儀式，電機電子工程師學會（IEEE）在此頒授里程碑獎牌，表彰首款 FPGA 晶片對半導體產業的卓著貢獻。

IEEE 授予此里程碑獎牌，肯定 FPGA 將迭代設計引入半導體領域。這項技術讓工程師能夠反覆重新設計硬體，而無需重新製造晶片，在半導體成本快速上升的時代，大幅降低了開發風險並加速創新。這場典禮由 IEEE 聖塔克拉拉谷分會主辦，匯聚了半導體產業專業人士及 IEEE 領導層。

FPGA 的出現始於 1980 年代中期，旨在解決當時運算領域的核心限制。傳統上，微處理器（microprocessor）循序執行軟體指令，雖具彈性但對需同步處理大量運算負載的工作而言速度偏慢。另一極端是特殊應用積體電路（ASIC），此類晶片專為執行單一任務而設計，效率極高，但開發週期漫長且需高額非重複性工程（NRE）費用，構成龐大的前期投資。

賽靈思共同創辦人暨技術長羅斯·弗里曼（Ross Freeman）被廣泛視為 FPGA 的發明者。他預見摩爾定律將改變晶片經濟學，認為隨著電晶體數量激增，靈活性將比完美效率更重要。弗里曼設想了一種由可程式邏輯區塊與可配置路由組成的晶片，即「開放閘門」，可在製造後由用戶定義其功能。這項技術讓硬體不再在矽晶片中永久固定，而是隨著需求演進而進行配置與重配置，將硬體設計的彈性從晶圓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。該元件包含 64 個可配置邏輯區塊，以 8x8 網格排列，並採用 2 微米製程製造，整合數千個邏輯閘。相較之下，現代 FPGA 已能容納數億個邏輯閘，實現更複雜的設計。XC2064 建立的設計工作流程至今仍在使用：工程師以數位方式描述硬體行為，隨後「編譯設計」，此流程會自動將計畫轉換為 FPGA 設定邏輯區塊和線路所需的指令。

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）對 FPGA 設計自動化和高階綜合的開創性研究，改變了可重配置系統的程式設計方式。他開發的綜合工具能將 C/C++ 等程式語言轉換為硬體設計。叢京生指出，ASIC 晶片開發通常需 18 至 24 個月，而採用現代設計工具的 FPGA 實現僅需 3 至 6 個月。

叢京生認為，FPGA 在彈性與客製化晶片之間取得平衡，補足了中央處理器（CPUs）和圖形處理器（GPUs）的不足，在異質運算系統中共同運作。現代運算平台日益結合多種類型的處理器，以平衡靈活性、效能和能源效率。鑑於台灣在全球半導體產業中扮演關鍵角色，特別是在晶圓代工與IC設計領域，FPGA 的這種設計彈性與縮短開發時程的優勢，對於提升台灣半導體企業的創新速度與市場反應能力，具有重要的策略意義。這不僅有助於晶片設計公司加速產品上市，也為晶圓代工廠提供更多元的製造服務需求，共同推動整體半導體生態系的進步。