军工FPGA的基本盘：高速化、定制化、保密性
Makimoto’s wave的表现
FPGA实现成本、性能与功耗的平衡
IC界在定制化与标准化之间的“摆动”是FPGA出现的潜在底层动力的表现。上世纪80年代末至90年代初，日本Makimoto提出Makimoto's Wave，描述了半导体行业在标准化与定制化之间的周期性交替，提出了有关芯片创新对计算机革命巨大影响的见解。
Makimoto's Wave指出，应用场景及需求会推动各种定制化的硬件加速架构，该类市场的繁荣后期往往会进化为一个大一统的架构，如此反复下芯片架构变会沿着“标准化”与“定制化”交替发展的路线波动，每约十年波动一次。本质上定制化与标准化的来回波动取决于多种力量，如推向市场时间、研发成本、运营效率、设计的便捷性、功耗、新架构等。
例如，新器件与新架构试图实现标准化，但对差异化应用算法的需求、高性能与低功耗的渴望又推动IC推向定制化；而设计自动化（EDA）技术发展加快定制化半导体产品设计周期，而为了能更快推向市场及降低开发成本又迫使业界偏向标准化。
Xilinx在1985年推出了世界首款商业化FPGA芯片“XC2000”，其自创的门阵列通用结构推动芯片从定制化向标准化迈进，创新式的结构。据2010年论文《基于LUT的FPGA工艺映射优化》，FPGA起源于Xilinx公司，该公司于1985年推出世界首块FPGA芯片，由逻辑功能块排成阵列矩阵，并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块来实现不同的设计，是在前期PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
逻辑资源块是FPGA内部最重要的资源，Xilinx称其为CLB（configurable logic block），FPGA内部三大主要资源：可编程逻辑单元、可编程I/O单元、布线资源。不同FPGA在结构上的差异主要反映在可编程逻辑资源块上，以Xilinx的7系列为例，其可编程逻辑块是查找表（LUT）。查找表的物理结构是静态存储器（SRAM），因此通俗的说，可以将FPGA等效于是一片SRAM，而LUT本质为一个RAM，当用户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路后，FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并把结构事先写入RAM，这样每输入一个信号进行逻辑运算就等同于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容并完成输出，继而实现运算。
因此，从理论上说，只要能够增加输入信号线和扩大存储容量，查找表就可以实现任意多输入逻辑函数，这也是为何FPGA可实现可编程的基础原因。因为LUT主要适合SRAM工艺生产，所以目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺，而由于掉电后信息就会丢失，所以需要外加一片专用配置芯片，在上电时由该芯片将数据加载到FPGA中，少数采用反熔丝（CPLD）或者Flash工艺，此类不需要外加专用配置芯片。
FPGA是制程工艺上的逻辑实现虚拟化层，允许芯片流片后再决定电路，其可编程属性使得FPGA相比于其他处理器，在算力、成本、功耗之间取得平衡。采用FPGA可以避免ASIC或ASSP因工艺进步而增加费用的缺点，同时利于缩短开发周期，减少沉没成本巨大而对于新项目开发的影响。FPGA普遍被认为是构建原型和开发设计的最快推进的路径之一，具有编程、除错、再编程和重复操作等优点，作为定制化ASIC领域的半定制电路而出现。在采用FPGA进行设计时，设备制造商可以在开发现场自由改写电路结构，而无需向半导体厂商支付包括掩膜在内的开发费用，同时在完成电路结构设计之后也无需执行布局、布线等工作，显著缩短IC开发周期。相比于CPU处理器FPGA性能更高。
对于CPU，其本质是利用大规模存储器实现在时间维度内复用处理单元的方法，但该方法会损失处理单元的并行处理能力并带来性能的损失，但可通过强大的软件库实现任意应用逻辑，因此相比于FPGA，其性能处于弱势（尤其是并行处理能力），但通用性较高。FPGA功耗性优于GPU。GPU采用大量的处理单元来实行并行处理能力，但每个软件的自由度不如CPU，因此只能实现部分软件逻辑（如最早用来3D图像渲染）。同时由于GPU采用大量的处理单元并且大量访问片外存储SDRAM，其功耗相对较高。参考BERTEN发布的《GPU vs FPGA Performance Comparison》，FPGA在单位价格性能峰值劣于GPU，而在单位功耗性能峰值优于GPU。
FPGA应用于特种领域的核心基础
并行性、灵活性、保密性
强大的并行计算能力成为FPGA在国防领域的应用基础。参考Peter Cavill,President,Radstone Eebedded Computing 2005年发表论文《FPGA or DSP for military applications?Both have their place》，在数字信号处理领域，开发人员需要考虑包括性能、功耗、成本与上市时间在内的各个因素。FPGA浮点运算能力相对较弱（相反DSP拥有优秀的浮点单元，可提高精度与动态范围），因此其运行速度通常比DSP慢。
但由于其允许几乎无限数量的操作同时发生（强大的并行性，核心基础在于理论上其CLB逻辑块与LUT查找表结构可以无限复制），因此FPGA在定点操作和并行性上表现更为优秀，更适合于紧密的定点数学操作，如滤波（信号处理解决方案的前端）。例如，FPGA作为与后端DSP联合使用的前端协处理器十分有用，高速的滤波与波束形成应用可以在FPGA得到高效执行，因此具有数据采集功能的FPGA大大简化了系统架构，如简化后台数据速率并降低负载。
FPGA灵活性特征取决于其可编辑基础，符合军品小批量多品种特征（源于相对ASIC的价格优势和流片泄密风险）。
（1）其一，FPGA的可编辑性使得其可更为灵活地应用于诸多军事场景。在现代化战争下，为了保持技术的领先性，往往不能准确的预测或者决定哪个标准占主导地位。而FPGA可编程特征的优点是灵活性和适应大多数标准的能力与容量，可以消除由于引入错误选择的技术或者标准致武器装备造成损失。
（2）其二，缩短装备设计与定型时间。FPGA提供的灵活性与适应性直接关系到武器装备（尤其是信息化武器）设计过程的长度。据《FPGA-DISRUPTIVE TECHNOLOGIE FOR MILITARY APPLICATIONS》ASIC电路通常需要14-24个月的设计流程，而实现FPGA设计所需的平均时间为6~12个月。
（3）其三，可在不交换硬件的情况下改变武器信息系统行为。FPGA可以在不更换硬件的条件下改变武器装备信息系统的输出逻辑（行为），其结果是具备快速同化新标准的可能性，允许武装部队以最小的延迟完成既定任务或实施创新，具备任何时候更新、本地或者远程访问的能力，通过部分重构提供包括支持、服务和对现场条件的更新操作。
（4）其四，实现硬件共享。通过对一个FPGA进行部分重新配置，可实现多个应用程序，进而实现硬件共享，其益处在于降低功耗、缩小电路板尺寸、降低外围设备进而提高武器装备效益比。
总结看，2005年6月在美国国防部电子设备咨询小组与国防部承包商针对FPGA在军事应用进行讨论所形成的报告里指出，国防承包商表示，FPGA在军事数字电子系统领域得到广泛的应用，功能、可用性和开发/原型优势，适用性领域的增长是以牺牲通用处理器和ASIC解决方案为代价的，处理速度、功耗和功能是FPGA的主要性能选择指标，而低的NRE成本、可用性和缩短的开发时间是经济选择的驱动因素。
FPGA的可编辑特征使保密性突出，符合军用产品的高安全性要求。军事设备通常要求更高的安全性，尤其对于信息化武器。例如，据《FPGA-DISRUPTIVE TECHNOLOGIE FOR MILITARY APPLICATIONS》军事通信设备中的FPGA在设备丢失或者被敌军捕获时刻自动删除，这使得相关装备在敌军逆向工程（主要目标是获得关于被分析系统的内部结构和系统运行模式的信息）或者通信连接方面变得不那么脆弱。例如，据CSDN技术社区2018年11月23日文（http://dwz.date/eRVG），Xilinx的每一个FPGA都有一个独特ID，也称为Device DNA，在FPGA芯片生产时“写死”在芯片的eFuse寄存器中，具有不可修改属性。
FPGA的DNA一般用于用户逻辑加密，在具备高商业价值软核或者DCP模块中，通常会封装一层DNA授权功能块，该模块的功能为检测FPGA DNA号，与授权的DNA号进行对比，两者一致后生成授权标志信号，逻辑可以利用此标志信号做到代码只有在授权时才能正常工作的情况。由于每片FPGA的DNA号具有唯一性和不可更改性，将该模块封装后外部无修改接口，做到其他客户即使拿到功能源码，里面的内核也不可复制到其他FPGA上运行，以达到保护知识客户相关软核产权的作用。
FPGA在特种领域应用场景：以数字信息处理为核心的C4ISR
FPGA对数字信号处理的高速化及可编辑性，是解决C4ISR系统的安全性、实时性、精确性的优良方案之一。在以信息技术为核心的高新技术迅猛发展下，新军事变革日益突出，而其实质是信息化在军事领域的反映（参考《面向信息优势的C4ISR系统关键技术研究》，王勇，西北工业大学自动化学院，2007年1月），新军事变革带来指挥、控制、通信、计算机、情报、侦查监视等多功能的军事指挥自动化系统（C4ISR）在未来战争地位日益突出。
据《预测控制在指挥自动化系统中的应用研究》（范烨晗，2011年1月，西安电子科技大学），武器系统的通用化、系列化、组合化较为重要，同时在战场环境下，各种信息的收集、传递、处理过程需要尽可能减少迟时性。例如，预测控制作为C4ISR中指挥自动化系统的重要应用，由于指挥自动化系统复杂庞大，需要处理的算法指标很多，相对于传统的DSP（数字信号处理器），通过实现以数字信号处理器和FPGA为核心的实时信号处理，可有效的增强系统运行的实时性和精确性，更加快速的完成大规模数字信号处理与运算。
C4ISR信息收集端——典型代表为FPGA具备的高性能数据处理及灵活性，使得其在现代雷达系统得到重要应用。据《面向信息优势的C4ISR系统关键技术研究》,从C4ISR系统的发展历程看，无论是通信、计算机、情报还是监视与侦查，各环节的目的都在于收集、处理、传输、控制和利用战场信息，以获取信息优势。而信息优势的获取源头来自强大的信息收集能力，现代雷达系统（相控阵雷达为代表）为航空战场防御与进攻的核心应用之一。据Intel官网页面中“适用于军事应用的FPGA-英特尔FPGA”的描述（http://dwz.date/eSju），在当今的现代雷达系统中，有源电子扫描阵列（AESA）是最受欢迎的体系结构。
展望未来，下一代雷达架构，例如具有地面移动目标指示器（GMTI）的数字相控阵和合成孔径雷达（SAR）将成为新兴技术。为了实现这一目标，诸如高性能数据处理，超宽带宽，高动态范围以及满足各种任务要求所需的自适应系统等参数是系统设计人员最常见的挑战，而FPGA是解决这些挑战的理解解决方案。例如，Intel 28nm Stratix®V FPGA满足了雷达和先进传感器技术的独特设计要求，具有825Gbps全双工串行收发器带宽，出色的信号完整性，高度可扩展的嵌入式处理模块以及高达950K逻辑元件（LE）的逻辑密度领导地位，为军事雷达和传感器领域提供片上系统（SoC）。
C4ISR信息处理端——典型代表为FPGA在导弹信号处理（尤其是中制导系统，精确制导弹药核心）等方面的应用。参考Xilinx官网Missiles and Munitions产品介绍页面（http://dwz.date/eSj2），二十多年来，Xilinx通过FPGA的灵活性和继承能力，满足FPGA在导弹和弹药方面的应用，Xilinx FPGA具备包括高性能、低功耗信号处理（满足大多数包括制导，控制，瞄准和通信应用的连接性和电源要求）、可编程系统集成（集成更多功能）、可以提高态势感知能力并改善目标交战范围等优势。此外，从具体应用看，参考《基于FPGA的图像预处理及DSP-CPCI桥接设计》（石婷，电子科技大学，2007年），实时红外图像处理是红外成像制导的关键技术。
由于其图像处理的任务复杂多样、数据量大、实时性要求高，采用高速硬件进行并行处理通常为当今红外成像导引头中数字图像实时处理的主要技术途径。基于兵器工业部第20X所承担研制的红外成像制导技术背景下的红外图像信息处理机项目，该论文选用FPGA作为底层算法处理和接口控制的核心，负责实现红外成像制导技术的底层预处理算法及接口控制，在与DSP的互连下，使得系统兼顾速度和灵活性。并且，FPGA丰富的逻辑资源和大量可用的I/O管脚，可以很方便地实现大规模系统集成，能最大限度地减少分立元件的使用，降低整体功耗，设计周期和开发成本随之减少。
C4ISR信息传输端——典型代表为FPGA在军用安全通信等方面的应用。据Intel官网页面中“适用于军事应用的FPGA-英特尔FPGA”的描述（http://dwz.date/eSju），当今安全通信设备面临许多设计挑战，有线产品必须满足对数据带宽的苛刻要求，以实现40 Gbps和100 Gbps吞吐量，同时通常需要提供防篡改平台，此外无线产品需要减少尺寸以满足军事无线电下一代的移动性，并需要同时支持包括SRW，WNW和MUOS等多种波形。
对于有线安全通信，需要支持从40G至100G甚至更高的网络性能，以使得在信息化战争下，以网络为中心确保战斗人员能够实施通讯海陆空多领域。Intel提供的28纳米的Stratix®VFPGA（可编程芯片系统）支持超过50个标准协议、提供低功耗、高带宽的收发器，同时优化了尺寸，重量，功率和成本，确保操作兼容性，同时支持具有现场更新功能的多个平台和任务。
C4ISR信息控制与利用端——典型代表为FPGA在关键高速处理密集型电路中的优良性能满足典型的电子战系统。据Intel官网页面中“适用于军事应用的FPGA-英特尔FPGA”的描述（http://dwz.date/eSju），在电子战系统中，致胜的关键驱动力是电子对抗措施（ECCM）、隐身技术，紧密相连的智能传感器网络和智能制导武器等。这些系统必须能够在非常短的时间内快速分析并应对多种威胁，在寻找宽带噪声中的目标特征时，武器装备需要执行复杂的处理，例如快速傅立叶变换（FFT），Cholesky分解和矩阵乘法等，然后发送多个软件生成的波形以提供的目标，并需要有强大的宽带信号为战场提供相关情报。
这些不断变化的战术响应需要敏捷、高性能的计算处理。典型的系统设计为使用信道器和逆信道器来处理高带宽输入信号，由于通道数量灵活，因此系统设计人员可以根据需要分配硬件资源与系统性能。而FPGA的高速性及可编辑性为需要处理密集型路径的电子战系统提供了理想的解决方案。
机遇：原位替代、武器改型、联合作战、电磁对抗
原位替代：重视对已批产装备推行元器件国产化替代的潜在空间
在研新型机载与弹载电子元器件的国产化率仍有提高空间。据《基于自主可控的机载嵌入式计算机现状与展望》（林清，梁争争，许少尉，航空工业西安航空计算技术研究所，2018年9月），我国信息技术处于跨越式发展阶段，很多电子信息系统中的芯片、操作系统因为性能、制造工艺等因素，国外产品或曾获得一定的青睐。例如，在航空领域，机载嵌入式计算机或部分采用国外软硬件产品，高性能、高可靠处理器等核心技术存在受制于人的风险。
据《元器件原位替代方法探讨》（许少尉，李夏，航空工业西安航空计算技术研究所，2018年9月），为减少武器装备对及进口电子元器件的依赖，提升装备自主保障能力，相关机构明确提出了进口电子元器件选用控制和国产化要求。再如，据《某型机载计算机的设计和实现》（刘宇，电子科技大学，陕西宝鸡航空仪表，2018年6月）、《基于DSP+FPGA的新型弹载计算机设计与实现》（胡博、李毅等，中国航天科技集团公司第四研究院第四十一研究所，2017年2月）均曾在选型设计讨论阶段涉及部分国外的元器件，机载及弹载核心器件的国产化或仍有较大提升空间。
关注已量产装备中电子元器件可能存在的原位替代广阔空间。据《元器件原位替代方法探讨》（许少尉，李夏，航空工业西安航空计算技术研究所，2018年9月），我国在研及量产装备上或曾使用的、相当比例的进口元器件产品，面临元器件制造商合并重组、产品升级、更新换代、无铅化等导致产品停产断档，更有一些高可靠性、高密度集成的新型、关键元器件被国外禁运。减少对进口元器件的依赖以提升装备自主保障能力十分关键。
元器件的国产化替代主要从功能、性能和工艺特征3个方面来考虑，而对于设计而言，若能够不对电路进行设计修改、不对现有产品PCB状态进行变更而满足以上需求，可大大降低设计、生产和试验等环节风险，同时经济性突出，而可原位替代的国产化器件成为设计师的替代首选。原味替代通常是指将管脚与管脚兼容、外型尺寸接近、功能性能参数相同或类似，不用更改原PCB焊接设计就可实现将原有元器件进行替代。
武器改型：利用FPGA桥接功能可缩短装备迭代的成本与周期
特种计算机正逐步朝多接口、微型化、复杂化、迭代化等方向发展。据《基于FPGA的总线桥接在特种计算机中的应用》（赵鑫，2014年10月），近年来特种计算机的特点逐渐朝着抗恶劣环境、高性能、高可靠、多接口、微型化等趋势发展。例如，据《基于VME总线的ARM7主控通信模块设计》（张新，上海交通大学微电子学院，2008年5月），航空电子系统的显控分系统在整个航电系统中处于核心控制地位，主要职能为对来自各个外系统的信息数据进行运算处理，反馈运算结果并对外系统进行控制。
显控系统内部一般按照功能结构进行模块化设计，分为包括主处理模块、接口模块、通信模块、数据传输模块、图像发生模块、视频叠加模块等，各个模块通过总线模块进行连接通信。而随着航空电子技术的发展，系统对显控分系统的性能提出更高要求，如要求集成更多功能、更轻重量、更小体积。但高性能、多功能的需求与集成化、小型化要求存在一定矛盾，旧有系统结构区域老化陈旧，对现有电子设备进行更新迭代、研制更高性能、更强功能的系统的技术革新已势在必行。
基于FPGA桥接功能实现的总线桥接在特种计算机的应用，具有集成化、稳定性强等优势，并满足多接口、微型化、高速化的迭代需求，更关键在于缩短装备迭代周期与开发成本，大大简化桥接工作。FPGA的灵活架构与可重复编程能力使其可更容易地实现与多种微处理器与微控制器的接口，实现新的要求，或者对现有设计进行修改可无需更改元器件，只需要对FPGA进行重新编程即可。
据《基于FPGA的总线桥接在特种计算机中的应用》（赵鑫，2014年10月），在特种计算机设计中因客户的特殊应用环境不同（造成同一装备在不同领域的应用也需要做适应性调整）决定了特种计算机的多接口特点。在主流应用及一般改型操作中，采用专用芯片来实现多接口方式需要更高成本、更多的PCB占用面积。利用FPGA设计总线桥接技术（FPGA+接口芯片）来替代传统的接口转接芯片或多扩展卡来完成多接口设计，将包括外部接口单元、PCIE接口单元、逻辑桥接单元以及计算机电源管理单元集成在FPGA中，对于扩展设计（更新武器装备电子系统）则能节省设备空间布局，能够在保证稳定性基础上实现计算机的多接口、微型化特点，缩短装备更迭设计周期与减少改进成本。
利用FPGA的桥接功能、丰富的逻辑资源和大量可用的I/O管脚以实现大规模系统集成，优化旧系统性能、体积与功耗。据《基于VME总线的ARM7主控通信模块设计》（张新，上海交通大学微电子学院，2008年5月），以机载显控分系统为例，新型显示控制系统对于旧系统的优化设计包括：将某型模块进行合并且增加新接口、更新各个模块、采用性能更优的处理器架构、大幅提高集成度、采用速度及功能更优的内总线进行互连。例如，由于系统升级，旧有系统来自雷达导航的ARINC429通信通道只有几路，新的系统则扩充到了几十路，对主控通信模块的处理能力要求大大增加。
在该课题中，通过更换旧系统的HS3282专用通信芯片，采用FPGA技术设计专用通信芯片处理ARINC429通道，具有以下几个优势：
（1）提高机载显示控制系统各类控制、处理与接口模块的性能；
（2）利于实现新系统设计的集成化、小型化、通用化技术，降低设计成本，简化桥接工作；
（3）针对原有型号的升级，新型技术的采用能够解决原有系统模块的元器件功能少、性能低、成本过高、供货困难、对进口依赖大的缺陷。
联合作战：并行处理和现场可编程特性契合SDR-SCA规范需要
多兵种联合作战将成为21世纪的主要对抗方式，以提高对各作战部队接受统一指挥、完善纵深沟通、强化横向配合的要求。顶层政策及发声持续强调联合作战体系的打造与训练。据新华社11月13日讯，中央军委日前印发《中国人民解放军联合作战纲要（试行）》（下文简称《纲要》），于2020年11月7日起实施。《纲要》着眼构建联合作战法规体系，立起基本概念，确立基本制度，明确基本职责，从制度层面解答未来“打什么仗、怎么打仗”的重大问题，强化备战打仗的鲜明导向，对巩固深化领导指挥体制、规模结构和力量编程改革成果，对推进我军联合作战能力解放和发展具有重要意义。
多兵种联合作战对通讯提出更高要求，打造横纵互联信息网是军用通信目标之一。
然而在管理实践中，组织的规模越大、层次越多，指挥的难度就越大，对沟通效率的要求就越高。在这种情况下，军用通信的实时性、准确性和安全性就成为衡量联合作战战斗力的关键性（决定性）指标。传统军事理论对各军兵种的协同性要求不高，加之降低成本的考量，世界主要军事力量各军种的通信标准和基础设施往往独立发展（烟囱式发展），这就造成“海陆空天电，鸡同鸭讲”沟通错位的现状。
为了扭转这种不利局面，提高军兵种之间的沟通效率以最大程度发挥联合作战的作用，一些军事力量基于软件无线电（SDR）技术提出在现有军用无线电框架基础上整合出新的系统，如美军战略级“最低限度应急通信网（MEECN）”、战术级“联合作战战术无线电系统（JTRS）”，我们以JTRS为例介绍联合作战通信的目标和需求：JTRS是美军公开的唯一一种意在兼容所有军兵种通信标准和基础设施的通用战术电台，要求实现跨频段跨时空跨战区的横向（同级、不同军兵种的协调）和纵向（同军兵种上下级的指挥）通信。
为了实现这一目标，JTRS需要具备在不同标准的无线电波之间快速切换的能力，为了明确并细化这一要求，美军特意制定JTRS规范框架——软件信息架构（SCA），对硬件、软件、接口的法则、方法及使用标准进行了规定，SCA目前已超越军用领域、成为软件无线电SDR技术界普遍接受的一种标准化规范。
（SCA规范要求之一是“现场可通过软件安装重构其工作方式及性能，以实现不同波形组件的移植”。）SCA架构以往通常通过“通用目的处理器（GPP，如CPU、GPU、MCU等）”实现，但随着无线电带宽和速率的提高，GPP越来越不能在短时间内完成规模如此庞大的计算；同时随着未来越来越多的无线电波形的出现，过时的硬件架构也会阻碍通信效率。因此，SCA架构下的SDR亟需一种“价格相对低廉、提供并行高速运算”或者“能够实现硬件可编程”的新器件。
FPGA具有的强大并行处理和现场可编程的特点能够同时满足SDR-SCA的上述两点需求。首先，FPGA并行并发的处理模式能以相对低价的协处理器形式实现高速运算。在基带处理流程中，随着处理技术的发展，带宽规模越来越大，数据交换速率越来越高。如上文提到的JTRS共支持43种军事无线电波形，其中某些新型波形算法更加复杂、带宽需求更高，有的波形甚至要求每秒数百万条指令（MIPS）。
在这种情况下，FPGA可以与通用目的处理器（GPP）串联起来，成为专职负责数据并行处理的协处理器，而将GPP的资源节省下来用于控制、协调等其他用途，提高SDR系统的整体工作效率。其次，FPGA现场可编程的特点能够降低无线电系统的运维成本。
一方面，在数字中频（IF）处理流程中，完整的IF功能需要数字上变频器（DUC）、数字下变频器（DDC）、数字预畸变（DPD）和波峰系数削减（CFR）四种子功能，使用FPGA可以通过重编程特性实现一块器件四块功能，并且四个功能实时切换，达到“一块器件的成本，四块器件的功能”的目的；或当带宽规模巨大，逼近GPP运行极限时，令作为协处理器的FPGA重新配置，跳过软件层面的标准转换而成为硬件层面标准A和标准B的直接转换器，分担算力（之前是标准A-标准B-…-标准N的网状软件转换器）；
另一方面，若随着协议标准迭代，旧的硬件结构已经不适应新协议的性能要求，技术部门可以在原有的FPGA基础上重新设计烧录，而无需购买新的器件。综上所述，FPGA是实现SDR目标的优良解决方案。
FPGA在美军联合作战通信中的应用会进一步铺开，并具备拓展到民用领域的潜力及可能性。据《面向SCA的DPR软件架构设计与调度技术》（郭彪、唐麟等，2021年3月），美军主导制定了联合战术通信系统和联合战术网络中心计划，在2012年全面实现软件无线电电台装备体制，截至到2017年底装备约50台各型软件无线电电台。联合通信在海事通信、卫星通信、民航通信的联合并轨方面有指导意义，随着SCA标准向商用领域和民用领域的不断扩散，预计FPGA在联合通信场景的市场需求会被进一步拓宽。
电磁对抗：FPGA为产生战场复杂电磁信号提供重要的技术支撑
电子对抗为现代信息化战争的先导。电子战(electronic warfare,EW)也称为电子对抗(electronic countermeasures,ECM),定义为使用电磁能、定向能、声能等技术手段控制电磁频谱,实施电子战的主要目的是为了阻止敌方对电磁频谱的使用，确保己方的电磁频谱使用权、获得在电磁频谱中的优势和在电磁频谱空间中的行动自由。现代战争中作战双方的对抗已不再是单一装备间的对抗，而是装备体系间的对抗、各种作战力量组成的系统整体对抗。
国防科大陈浩等在2017年论文《电子对抗中武器装备体系作战能力评估研究》指出，技术的发展使得未来信息化战争趋向于打破军兵种界限的一体化联合作战，电子对抗作为现代信息化战争的先导并贯穿战争始终。《电子对抗在现代战争中的应用》指出，谁掌握了电子对抗的优势，就掌握了整个战争的形势。
国内外近年正逐步加强对于电子战的重视。据天银机电2018年年报，2018年美国陆军通过发布新的电子战作战概念、实施电子战部队改革，着力推动“多域战”一体化作战能力；美国海军发布第2400.3号指令《电磁作战空间》，正式将电磁频谱作为继海、陆、空、天后的新的作战领域；据航天发展2015年5月28日公告，2012年底总装备部下达复杂电磁环境下战技指标考核要求。解放军报也于2019年在《制电磁权，未来战争入场券？》一文指出，21世纪仍是频谱战的时代，正在发展的无人化、智能化战争也是以电磁频谱的自由利用为前提，电磁斗争将是未来军事竞争战略制高点。
现代仿真系统的建立与完善已成为电子战等信息系统从研制到装备不可或缺的重要组成部分。据《仿真技术在雷达电子战系统中的应用研究》，“由于现代战场电磁环境的复杂性和电子信息武器装备对电磁频谱空间的依赖性，依靠有限的实战演习难以完成对电子信息装备及其装备体系在作战中的实际效能和各种电子信息装备平台间协同作战能力的综合评判”，而且实战演习具有耗时长、费用高、易受环境制约、试验结果不可重复等明显缺陷。
因此，近年随着计算机、网络、仿真等技术发展，虚拟战场的概念应运而生，利用仿真技术建立逼真的虚拟战场环境，是评估装备作战效能、提升部队作战训练效果的重要手段。以美军为代表，仿真技术的运用已成为提高美军部队作战效能的有效手段。据《美军作战仿真系统综述》，美军根据仿真的应用需求建立了数以千计的仿真系统：美军已于20世纪80年代初开始引入一体化、分布式仿真技术以协调完成复杂的仿真试验任务，至90年代中期美国在分布交互式仿真体系下完成的仿真实体数最高可达50000个。
在复杂电磁环境背景下训练有益于有效提高部队在信息化战争中的作战力。据《基于FPGA的多模式信号源的研究与发现》（汪东雷，国防科学技术大学，2010年11月），由于军事领域电磁应用的日趋广泛，使得战争环境发生重大改变，出现了与传统战场并重的新要素——电磁环境。目前电磁环境日趋复杂化，正在加速向多维空间和更深层次渗透发展，体现在空域、时域、频域、能量上分布数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成的电磁环境。基于此，构建复杂电磁环境，力求构建接近实战的战场电磁环境，有利于提高部队在现实信息化战场的作战能力。
该文提出，在训练中构建复杂电磁环境，除了利用真实的武器装备外，还要大量依靠信号模拟器、计算机模拟技术、分布交互仿真技术、以及能够模拟假想敌的部队（蓝军）等。而利用模拟器产生针对性的电磁环境，具有费用低、效果好、使用简单等特点，是世界发达国家军队普遍采用的方法。北约靶场装备了大量的模拟器，如安装在敞篷车上的战术雷达威胁模拟器可以模拟苏制地空导弹系统和四联火炮的“炮盘”雷达，能够为参训飞机提供充满机动威胁和具有规避机动能力威胁的环境；再如，美国中国大西洋电子战靶场配备的威胁信号模拟器可模拟地空导弹系统、通信干扰机等信号等。
我军训练基地和模拟蓝军建设初显成效，实战化对抗演练向空、网、电等多兵种联合作战协同发展。据解放军报公众号2020年12月13日新闻（http://dwz.date/eSMj），12月11日至12日，全军军事训练领域的相关领导，训练基地、模拟蓝军部队主官及有关专家集聚陆军某联合训练基地….重点探讨实战练兵环境构设问题，对接协调新年度大项演训安排，统筹布局军事训练重点任务。军委管理部领导介绍，打通战斗力生成链路，强化联合训练引领，突出重点对象领域，发展推进科技练兵，创新体系练兵模式推进转型，优化训练保障布局，创设逼真练兵环境，发展先进训练手段，建设用好专业蓝军，加强训练条件建设推进转型。
此外，据新华网2021年1月4日讯（http://dwz.date/eSMD），习近平签署中央军委2021年1号命令，向全军发布开训动员令，强调要聚焦备战打仗，深入推进军事训练转型，构建新型军事训练体系，全面提高训练实战化水平和打赢能力，深化联战联训、科技强训，加强模拟化、网络化、对抗性手段建设，探索“科技+”、“网络+”等训练方法，大幅提高训练科技含金量。在此背景下，我们看好高层政策纲领对模拟电磁对抗领域的相关需求。
FPGA是满足模拟电磁环境所需的模拟器性能要求优良解决方案。随着信息技术的不断发展，对于真实战场通信环境中的高频段、多样式、高密度的电磁信号环境的仿真研究不断加强，继而要求模拟器需要可生成不同战术背景和试验条件下所需要求的瞬时、宽频段、多信号样式、大信号密度、多方位、动态可控的复杂电磁环境模拟信号，并且需要保证信号产生的标准性、稳定性和达到高水平的场景仿真真实性。据Aerospace&Defense 2016年4月1日新闻（http://dwz.date/eSFa），几乎所有电子战系统应用程序的设计人员都使用CPU和FPGA，具有各自处理各种任务的独特优势。
例如，FPGA通常具有DSP模块，在解决计算密集型信号处理、数据处理、矩阵处理、数字滤波等方面具有一定优势。据CURTISS-WRIGHT网站2014年1月29日新闻（http://dwz.date/eSFf），在电子战和雷达应用的DSP系统中，FPGA芯片的主要目的是执行前端传感器处理，因为其需要高水平的并行处理以及足够灵活、丰富的I/O接口。因此，在寻找适用于电子战和雷达应用的最佳FPGA硬件时，重要的是要考虑电路板和系统架构、I/O带宽、传感器接口选项、存储器带宽、FPGA处理能力和加固能力。
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